COTS星载双模测控应答机基带设计与实现

提出了一种星载双模测控应答机基带设计方案,采用COTS（商用现货）器件实现,能较好解决星载功率受限和空间辐射效应引起的相关问题。测控应答机主处理器由反熔丝FPGA（现场可编程门阵列）实现,可在低功耗条件下保证最基本测控需求,解调上行DPSK（差分相移键控）信号,调制下行扩频信号;协处理器受主处理器控制,由SRAM（静态存储器）FPGA来实现,对上行扩频信号进行解扩解调。测控应答机可根据星载电源功率情况和不同测控任务切换模式,具有成本低、可靠性高、使用灵活等优势。

测控站布局对区域卫星导航系统的影响

建立区域卫星导航系统的测控网是卫星导航系统要解决的关键问题之一。讨论国内测控站的布设问题,采用网格计算方法分析国内测控站对导航星座的可观测性。引入位置精度衰减因子PDOP和定轨中的法矩阵条件数,分析测控网对导航星座的观测几何结构强度以及测站位置分布对轨道确定精度的影响,仿真结果表明,利用我国有限的国土跨度和航天测控资源可以确保对导航卫星的测控任务的完成。对在国外布设测控站进行讨论和仿真,结果说明位于国外的测控站(如可在澳大利亚的珀斯设站)的加入能明显改善观测的几何结构强度、提高导航卫星的轨道精度。

运载火箭测控系统技术与发展

针对中国新一代运载火箭发射轨道多样、外部环境日益复杂、上行控制和空间环境安全要求逐步提高等发展特点,以及高码率、高覆盖、高精度的测控需求,研究了天基测控、多音组合编码安控、高效遥测和测控数传一体化等几种运载火箭测控新技术的应用前景;从工程的角度,提出了中国运载火箭测控系统发展思路和天地一体化的测控体系结构;并就测控系统资源配置与使用模式、新型测控体制和测控手段、遥测和安控频段等重点发展方向简述了作者的观点。

灵活的全空域同时多波束测控技术

针对日益发展的多星同时测控需求,给出了一种灵活的全空域多波束同时测控阵列天线实现技术。在分析国外GDPAA(网格球顶相控阵天线)相控阵技术的基础上,提出了子阵有源相控阵+多面数字波束合成的综合实现架构,比较了多面拼阵和球面拼阵工程实现的优缺点;并在单元天线建模的基础上对多面拼阵和球面拼阵进行了系统仿真,验证了其半球覆盖的波束性能和全空域覆盖的可行性。考虑工程实现,给出了多面拼阵的实现建议,并对其发展构思、预期性能和主要关键技术进行了探讨,最后进行了归纳总结。

卫星测控直扩信号安全性能评价体系研究

为了定量评估直扩信号的安全性能,在给出卫星测控直扩信号安全防护定义的基础上,对卫星测控直扩信号安全性能评价指标进行了研究。在深入分析直扩信号典型威胁的基础上,提出了等效码长、调制指数、码速率截获因数、等效码长截获因数、码序列截获因数、干扰因数等衍生指标,分析、仿真了它们的影响因素,得到了它们与基本指标的关系,初步建立了直扩信号安全性能评价体系,为后续安全性能评估打下基础。

基于面向任务模型的陆基卫星测控资源克隆选择优化调度

建立了面向任务的陆基卫星测控资源优化调度数学模型,与已有数学模型不同的是,该模型约束同一测控请求同一时刻只被一个可见陆基测控设备测控,为调度算法调度陆基测控设备完成更多的测控任务提供可能.基于此模型提出了基于面向任务模型的陆基卫星测控资源克隆选择优化调度算法(Clonal Selectionland-based Sat-ellite TT&C Resources Scheduling Algorithmbased on the mission oriented model,CS_STT&CRSA),并从理论上证明了算法的收敛性.算法中采用能表示各测控请求时间先后及其与陆基测控设备关系的矩阵编码方式表示种群中的抗体;并针对该编码方式设计了相应的强约束满足算子,保证操作后的抗体满足强约束条件.在5颗同步卫星和30、40、50颗近地卫星请求测控的情况下,分别仿真了10组不同任务.对比实验表明,新建的数学模型可使调度算法更好地利用陆基测控设备;CS_STT&CRSA有更强的搜索能力和约束解决能力,能调度测控资源完成更多的测控任务,它的性能也更加稳定.

开源数据库在卫星控制中心的应用研究

实现信息系统的自主、安全、可控已成为测控中心系统的研究方向和建设目标。研究应用自主可控数据库是实现测控中心系统全面自主可控的重要环节。目前,卫星控制中心的数据存储系统大多以Oracle数据库为主,软件和技术服务费用昂贵,更新维护成本高,且可能带有信息安全和任务安全方面的风险。针对上述这些问题,研究分析了开源数据库MySQL在卫星控制中心系统中应用的可行性,对MySQL数据库做了全面测试,包括功能、性能、系统级的高可用测试,以及MySQL与Oracle数据库的性能对比测试。研究和测试结果表明,MySQL开源数据库可以用于卫星控制中心系统以及类似的测控中心应用系统,对今后测控中心系统应用自主可控数据库具有参考价值和借鉴意义。

我国空间站运行的测控通信工作模式初探

在分析我国载人空间站在轨运行的任务特点和对测控通信提出的新要求的基础上,对测控通信工作模式进行了探讨。针对任务中心,采用分布式模式进行任务的组织和实施,建立常态化工作体系;针对测控通信资源的使用,对资源进行简化、优化,发挥天、地基各自优势,并实现天地基资源统一调度;针对在轨故障诊断和应急处置,提出了"天地联合,以地为主"的载人航天故障诊断模式和实现途径;针对空间站遥操作需求,提出了一套工作模式和实施流程;针对测控通信长期执行任务的可靠性,提出了任务中心容灾备份工作模式和通信路由的备份模式。以期为后续任务工作模式设计提供参考。

提高GEO卫星测控覆盖区域的技术途径研究

星载测控天线是地球静止轨道卫星测控分系统的重要组成部分,对于星地测控链路通畅至关重要。根据地球静止轨道卫星测控任务的特点,简要介绍了测控天线的设计原则;基于单副天线的覆盖区分析,提出了采用两副天线组阵工作以提高测控信号覆盖区的建议,并分析了两副单元天线异频组阵与同频组阵工作模式,提高测控天线覆盖区的技术方案及对测控天线覆盖区的改善情况,对比给出了每种方案所占用的卫星资源及需要付出的代价。结果表明,两种技术方案均可提高卫星测控覆盖区。

适用微纳卫星的便携测控站设计

针对微纳卫星的测控数传需求,利用业务无线电及ISM(Industrial-Scientific-Medical,工业-科学-医疗)频段和设备,设计了适用微纳卫星的便携式测控站,包括ISM和VHF/UHF(Very High Frequency/Ultra High Frequency,甚高频/超高频)2个通道;优选了COTS(Commercial Off The Shelf,商用现货)ISM通信电台和VHF/UHF全模式电台、VHF/UHF八木天线、S频段花瓣式网状抛物面天线等部组件,3副天线共用1个伺服机构;并对ISM和VHF/UHF信道的上/下行链路电平进行估算。结果表明:该多频段多通道便携测控站的设计方案可行性好,效费比高,并已在相关微纳卫星的测控应用中得到验证。

美国空军卫星控制网的现状与发展趋势

近几年的几场局部战争部分表明了现代军事航天系统的重要性。本文主要介绍了美国最重要的一个军事航天测控网———空军卫星控制网的情况 ,希望能对了解美国军事航天测控体制有所帮助。

基于LAS码的星群多目标测控技术研究

针对星群多目标同时测控问题,基于星群轨道根数的时延特性和多普勒频移特性分析可得,星群多目标测控的上行链路遥控与测距信号可实现S-CDMA(Synchronous Code Division Multiple Access,同步码分多址),由于星间距离较小,下行链路遥测与测距信号满足QS-CDMA(Quasi-synchronous code division multiple access,准同步码分多址)。上行链路遥控和测距信号形式设计为PCM-BPSK-CDMA(Pulse Code Modulation-Binary Phase Shift Keying-Code Division Multiple Access,脉冲编码调制-二进制相移键控-码分多址),上行链路信号采用Gold序列扩频;下行链路遥测和测距信号形式设计为PCM-BPSK-CDMA,根据总的时延差,提出下行链路采用基于等长脉冲间隔法构造的LAS(Large Area Synchronous,大区域同步)码扩频。结果表明:比特信噪比Eb/N0为10.5dB时,遥控误码率为1×10-6;Eb/N0为9.6dB时,遥测误码率为1×10-5——与达到相同误码性能的Gold序列相比有1dB改善,因此,LAS码相比于Gold码能够获得更好的误码性能。

无人机系统的卫星中继数据链

针对大中型无人机系统实现远程测控与信息传输的技术需求,在参考国外"捕食者"、"全球鹰"等先进无人机系统技术体制和实现方案的基础上,提出了利用商业或军用通信卫星作为空中中继平台,建立无人机卫星中继数据链,实现我国远程无人机系统的超视距遥控、遥测和侦察信息实时传输的解决方案,这对延伸无人机系统的作用距离、提高作战效能具有重要意义。文中分析了无人机系统卫星中继数据链的技术体制,提出了工程应用中的关键技术,对具体的工程实现具有一定的指导意义。

光学测量中心站远程监控系统实现

为了在执行航天任务时,远程控制数台光学测量设备对飞弹轨道的精密测量,设计了光学测量设备远程控制中心站。远程控制中心站的硬件系统完成计算机与各外置板卡间的通信,计算机使用带中断支持功能的I/O卡连接B码时统设备辨识出硬件信号;而软件系统则使用核心框架与业务逻辑层分离的方法进行设计。其中,核心框架层完成与所有接入系统的硬件传感器的通信及Windows内核级对象管理功能、中断服务功能、数据文件存储功能,核心框架只有很少的界面;业务逻辑层完成界面展现与数据处理功能,是具体的项目逻辑部分。核心框架与业务逻辑之间使用公用缓冲区与消息机制进行通信,这样,一旦软件系统的核心框架层调试完成后,将可用于更多相似的工程项目。通过分析,光学测量设备远程控制中心站可以实现全自动无人值守。

虚拟星基测控站对BDS测控网的增强作用

针对北斗卫星导航系统(BDS)陆基测控站布局有限的问题,提出了以BDS GEO和IGSO卫星作为虚拟星基测控站的方法来提高BDS MEO卫星的监测覆盖率和改善定轨精度的思路。文中给出了星基测控站对MEO卫星的可视判别与覆盖率计算模型,并引入了卫星导航定位精度衡量指标PDOP作为测控网定轨精度的评价依据。仿真计算结果表明:虚拟星基测控站的方法将MEO卫星的监测覆盖率从国内陆基测控站的30%左右提高到100%;定轨方面克服了地基测控站空间几何分布有限、观测方程病态、法方程秩亏而难于求解的困难,实现了全周期内能够定轨测量和解算,并改善了BDS MEO卫星的定轨精度。

宽波束中继技术在空间站任务中的应用研究

针对航天器现有窄波束中继终端天线在姿态快速变化及姿态异常条件下提供测控支持的局限性,提出了利用宽波束中继技术提供测控通信支持的方案。基于宽波束中继天线性能、天地链路性能对测控通信支持的影响分析,提出了改善链路性能的优化方案。结合空间站任务载人航天器各阶段测控通信支持的特点,分析了宽波束中继在入轨段、长期运行段和返回段的应用。分析结果表明:宽波束中继可为载人航天器从海南发射场发射时的入轨提供测控支持,也可为载人飞船返回提供测控支持。

多航天器交会下天地通信工作模式探讨

针对中国空间站工程航天器交会对接任务中,地面与多航天器同时进行天地话音和图像通信的潜在需求,分析TDRSS(Tracking and Data Relay Satellite System,跟踪与数据中继卫星系统)、USB(Unified S-Band,统一S频段)测控通信系统及天地通信中心系统支持多目标同时通信的技术原理,提出天地通信系统在双目标、三目标同时跟踪时的工作模式,介绍天地通信系统仿真验证体系,并重点阐述天地通信中心如何采用环回和回放数据文件的仿真方法验证系统对多目标的支持,由此表明天地通信系统具备同时与多航天器进行通信的能力。探讨的结果对工程和实际应用具有参考和借鉴价值。

导航辅助下基于LAS码的天基多目标测控

中继卫星的天基测控是解决中低轨道航天器大范围、长时间、多目标测控的有效途径,但用户星到中继卫星的时延误差、多普勒频移校正误差等参数会对多目标测控带来干扰。针对该问题,首先分析了定位误差引起的时延误差、多普勒频移校正误差等因素,设计了天基多目标前向链路遥控SMA(S-band Multiple Access,S频段多址)信号形式和反向遥测链路SMA信号形式,选择与时延校正误差相匹配的LAS(Large Area Synchronous,大区域同步)码作为反向遥测信息的扩频码,建立了导航辅助的终端时延和频率预校正方案模型,可以有效消除多用户干扰。仿真表明,当Eb/N0≥10.5dB时,前向遥控信息误码率pe≤1×10^(-6),反向遥测信息误码率pe≤1×10^(-6),使用LAS码比Gold序列约有2dB性能改善,为基于我国天链卫星的中低轨道卫星稳定运行、载人航天交会对接以及后续空间站建设等任务的测控提供重要参考。

载人空间站工程测控通信系统挑战和机遇

针对载人空间站工程对测控通信系统提出的更高测控覆盖率、更高可靠性、长时间连续测控、高数据传输速率、多目标同时测控等需求,提出了采用天地基相融合的测控通信模式,构建以中继卫星系统为主的天基测控通信模式,利用"北斗"卫星导航系统实现自主可控的高精度轨道确定,合理布局和调度地面测控站,提升地面站工程遥测码速率和双目标支持能力,实现减站增效。对天地基测控资源进行一体化考虑,实现按需调度,完成空间站持续高可靠测控通信任务。讨论了测控数传一体化发展思路,建设Ka频段测控站,同时实现测控和高速数据传输。基于IP(互联网协议)开展天地一体化设计,提出了网络化测控的思路。

一种新型X频段便携测控站天线的设计与实现

为解决极轨卫星过顶跟踪的问题,研制了一款重量轻、结构紧凑、拆装方便、伺服操控简单、满足户外使用条件并且集通讯与测控需求于一体的小型便携式天线。系统设计采用X-Y座架全新形式,充分考虑了走线和外观,并结合射频收发设备,对整个系统进行了一体化设计。进行了电气仿真分析,在此基础上研制了样机,对其电性能进行了测量。结果表明,此样机满足各项指标要求,并且具有辐射效率高、跟踪精度高、拆卸安装方便以及重量轻等特点。