俄罗斯深空测控通信技术的发展及现状

简单总结了俄罗斯(前苏联)深空测控通信技术的发展过程,主要介绍了俄罗斯深空网目前的组成和技术现状以及正在研制的尽可能符合CCSDS建议的新的深空测控设备。

火星探测中的深空测控通信关键技术

我国深空测控系统的实施始终围绕探月工程的三步走战略,包括“绕”“落”“回”,从关键技术突破、系统初步建成到系统完善,逐步发展起来。如今火星探测工程的成功实施,将进一步带动深空测控系统能力的建设与提升。从深空应答关键技术和地面站系统建设等方面,回顾了我国深空测控系统从无到有的发展历程,对火星深空测控系统的关键技术进行了总结。同时,针对美国在行星探测上的优势,对“毅力号”火星车的深空应答技术进行了分析概述,为我国火星探测未来发展提供借鉴。进一步,结合美国深空站建设现状,针对我国当前快速增长的对未来深空探测任务的需求,简要回顾了中国深空站系统结构、总体性能、关键系统设计和贡献。

深空测控系统跟踪接收机射电星校相的可行性分析

在深空测控系统的实际应用中,由于其天线口径大等原因,面临着角跟踪系统和差通道相位一致性需要在无塔条件下校准的关键技术难题。基于利用射电星校相的解决思路,首先通过分析确定了设计实现方案,并针对射电星信号的特点,结合具体的设计实现对其进行了理论分析,最后给出了实验验证结果。实验证明了射电星校相的可行性,这将对深空测控系统的应用具有非常重要的指导意义。

中国深空测控网建立方案的研究

概述了深空测控网的基本技术要求,总结了我国卫星测控网和国内现有射电观测设施的技术、组成和分布,分析和论述了将我国现有的测控设施建设成深空测控网的具体方案。

用于深空测控站的超导滤波器技术

介绍了超导滤波器在深空站建设中的应用情况,对其技术原理及应用必要性进行了介绍,对功率线性化、高可靠性工艺保障等关键技术攻关进行了分析;并提出了一种二维谐振器和一维谐振器相结合的新颖耐功率超导滤波器设计思路——即超导滤波器的前两级采用二维宽线条结构提升承载功率,其他级采用一维细线条结构,保证多级滤波器物理尺寸可实现性,并进行实验验证。结果表明:设计的20级超导滤波器带外承载功率大于4 W,同时带外抑制大于130dB,所组成的超导接收前端噪声温度仅为8K。该技术已在深空站上成功应用,并在探月二期嫦娥三号测控任务中顺利通过重大工程验证。

深空测控再生伪码测距技术研究

针对深空测控任务中低信噪比情况下的航天器高精度测距问题,对再生伪码测距技术进行论述。介绍再生伪码测距技术原理,再生伪码测距通过再生方式消除信号上行链路噪声,提高了信噪比,但需要复杂的相关器;分析再生伪码测距采用的陶思沃斯码结构,详细论述再生伪码测距信号的地面上行、星上再生、地面下行处理过程,重点介绍各处理过程中的指标条件,并对再生伪码测距进行误差分析;重点对比分析再生伪码测距与传统透明转发测距,指出前者适合于深空低信噪比条件下的高精度测距,后者适用于近地高信噪比条件下的测距。

中国深空测控系统建设与技术发展

我国深空测控系统是伴随着探月工程"绕""落""回"三步走战略的实施,从突破关键技术、初步建成系统到系统完善,逐步建立起来的,火星探测工程的实施将进一步带动深空测控系统能力的建设。站在历史的视角,从顶层设计、关键技术攻关和系统建设等方面,回顾了我国深空测控系统从无到有的发展历程,并结合未来深空测控技术的发展,对我国深空测控系统的发展前景进行了展望。

深空测控系统中的射电星校相方法

深空测控系统要求具有角度自跟踪功能,而和差双通道跟踪体制下测控设备在任务前需要进行校相。传统校相依赖标校塔,深空测控系统天线口径大,无法建造满足远场条件的标校塔,从而只能采用其他校相方案。本文通过分析校相过程的机理,并结合射电星具有全天候、分布广、星历精确已知的特点,得到了利用射电星校相的方法。通过前期大量试验证明了该方法的可行性,并已确定应用于深空测控系统的研制。

深空测控网信息接口设计及嫦娥三号任务验证

为了对"嫦娥三号"任务以及后续月球与深空探测任务提供测控支持,我国在喀什和佳木斯分别新建了35m和66m深空测控站,并组成了深空测控网。考虑到新建深空测控网既需要与我国现行航天测控网进行信息交互,又可以为国际上其他国家和组织的月球和深空探测器提供支持,在信息接口设计时充分参考了CCSDS(Consultative Committee for Space Data System,空间数据系统咨询委员会)、ECSS(European Cooperation for Space Standardization,欧洲空间标准化组织)等国际标准。重点介绍了中国深空测控网的信息接口设计,具体接口包括深空测控设备与深空任务中心间接口、深空运行管理中心相关接口以及干涉测量系统相关接口。该接口设计在"嫦娥三号"任务中得到了充分的验证,各类信息传输正确、及时、有效,为任务过程中的决策提供了支持。

中国深空测控网光通信技术途径分析与发展展望(特约)

深空光通信是满足未来深空探测高速数据传输的主要技术途径,也是未来中国深空测控网发展的主要技术方向。特别是伴随着智能化、网络化空间通信系统的发展,射频和光通信相结合的智能空间通信网络将成为支持未来深空探测任务的核心设施。文中结合中国未来月球和深空探测发展规划,以中国现有深空测控网的任务支持能力为基础,梳理了未来深空测控光通信的需求。在充分借鉴国内外最新研究成果的基础上,全面分析了建设深空光通信系统地球终端的技术途径。结合中国国情的实际,提出了分步进行系统建设、分阶段开展工程应用,构建天地基相结合的混合深空光通信地面系统,并最终形成中国完全自主的深空光通信认知网络的发展思路。

深空测控通信载波信号二维FFT捕获技术

针对深空测控通信系统中,地面站接收信号的信噪比低、频率动态大,载波信号捕获难度较大的问题,提出一种基于频率和频率变化率进行二维FFT(快速傅里叶变换)搜索的深空载波信号捕获技术,同时结合工程应用提出一种基于时分复用结构的实现方法,并进行仿真。仿真结果表明,该捕获技术在低信噪比和高动态适应能力方面具有优异的性能,能够在载噪比为16dBHz时,完成对频率变化率为800Hz/s的信号快速捕获,其技术成果可应用于我国深空测控通信系统。

深空测控面临的挑战

综述深空测控系统研制中的主要技术难点,包括:巨型天线及其组阵技术、极低噪声放大和低噪声天线技术、极限纠错编码技术、高精度干涉仪技术、毫米波和光波技术、超高稳定原子钟、高精度测距和测速、数字化小型应答机技术等。

日本深空探测与深空测控技术

对日本的深空探测计划与实施情况及其深空测控技术进行了综合性的评述 ,重点阐述了日本ISAS深空测控网的组成、地面跟踪与控制设施的配备及深空测控技术与水平。

ARA LDPC码在深空测控通信系统中的应用

介绍了CCSDS推荐的应用于深空通信的低密度校验(LDPC)码,根据码字的原型图对这类累积重复累积(ARA)码的特性进行了讨论。ARA码不仅具有良好的性能,同时其编码复杂度低,译码器具备有效的并行实现结构,此外码字具有很好的系列性。结合我国"嫦娥一号"卫星测控通信系统的设计讨论了LDPC码的应用问题,采用LDPC码能够获得更大的编码增益,在我国深空测控通信系统中具有广阔的应用前景。

深空测控新技术研究进展

测控系统是航天工程不可或缺的重要组成部分,其导航通信能力在深空探测任务中尤为重要。深空探测任务远距离、长延迟、弱信号、易中断条件下高精度导航测量和高速可靠数据传输始终是深空测控技术需要重点解决的问题。围绕这些问题重点介绍了在天线组阵、再生伪码测距、连接端站干涉测量、相位参考干涉测量和容延迟网络等一系列新技术方面开展的研究工作和部分成果,可以看到,这些成果的应用将丰富深空测控技术手段,在未来更复杂、更遥远的深空探测任务中将会发挥重要作用。

美国深空测控通信技术动向分析

文章详细介绍了美国深空测控通信技术的发展动向,并对其未来规划进行了较为详细的综述和分析。

深空测控高精度频率估计技术研究

深空测控信号具有信噪比低、频率变化率大等特点,采用传统的锁相环闭环方式进行高精度频率测量存在低信噪比与高动态之间的矛盾。提出一种基于相位模型的开环频率估计方案,综合利用二维FFT分析、卡尔曼滤波及最小二乘拟合算法,通过事后处理实现深空测控信号的高精度频率测量。仿真结果表明,在考虑噪声和动态条件下,频率估计精度可达0.01Hz。在此基础上通过对实测数据的处理验证了该方案的可行性,为后续的工程实现提供了一种可借鉴的技术方法。

深空测控VLBI测角技术研究

结合国内外深空测控的现状，介绍了VLBI技术在深空测控通信系统中的测量原理，给出了目前试验的测量精度水平，重点进行了宽带VLBI系统主要误差源和测量精度的详细分析，并对VLBI的技术特点进行了探讨。

VLBI深空测控的单光纤多测站频率传递系统设计

月球与行星探测中,甚长基线干涉(Very Long Baseline Interferometry,VLBI)技术为实现高精度测角,需要稳定的频率基准。设计了一种仅用单套设备、单根光纤实现多用户传输的频率传递系统。该系统通过混频器与环形器等组合实现无锁相环的全自动快速往返校正,以补偿频率标准信号传输中的相位漂移,为测站提供稳定的频率基准,降低测量误差。该系统兼容电缆和光纤传输介质,兼具实时补偿和事后补偿模式,能满足有多天线的测站的需求。经地面验证,实时补偿模式天稳达10−17量级,并有能力升级到天稳10−19量级;事后补偿模式天稳达10−18量级。经VLBI射电源观测和对“天问一号”火星探测器的观测验证,两站钟速差降至10−14量级,能满足为多天线或多测站提供稳定本振进行VLBI观测的需求。目前该系统已在VLBI深空测控和地球定向参数(Earth Orientation Parameters,EOP)测量中应用,表现出较高可靠性。

馈源整体制冷技术在深空测控系统中的应用

深空探测器通信距离遥远,其返回信号微弱,因此要求接收天线具备尽量高的品质因数(G/T)。下行链路设备工作在低温环境中,有利于降低噪声温度,提高系统G/T值。针对35 m深空测控天线,首先分析了Ka频段天线增益、外部和内部噪声;在此基础上提出了Ka频段馈源整体制冷方案,并对馈源不制冷和馈源整体制冷两种方案进行了比对分析;最后总结了超低温馈源设计和制造关键技术。馈源整体制冷系统噪声温度测试结果小于45 K。分析表明采用馈源整体制冷方案能够提升系统G/T值1.03dB,35 m深空测控天线Ka频段接收能力提高约21%。