[发明专利]一种用于深空探测器的测控通信系统及方法

说明书

技术领域

本发明涉及航天工程技术领域，具体应用于深空探测器或者航天飞行器，尤其涉及一种用于深空探测器的测控通信系统及方法。

背景技术

由于目前实现地面站与深空探测器测控通信的现有技术是在探测器上设置测控应答机加上数传发射机及信标发射机，这样的系统结构实现了地面对探测器平台遥测遥控数据的交换及载荷科学探测数据的下传、探测器轨道测定，保证地面对深空探测器工作状态的监视及控制、获得科学探测数据。

如图1所示，现有技术能够用于深空探测器的测控通信系统包含：独立的测控链路与数传链路，测控链路使用宽波束、低增益天线实现低码率的上行遥控及下行遥测数据传输，数传链路使用窄波束、高增益天线实现相对高码率的科学探测数据下行传输，通过使用星载测控应答机及VLBI信标发射机配合地面站完成对探测器的测距、测速、测角，实现地面对探测器的测轨。

然而，上述深空探测器的测控通信系统存在的主要不足是：(1).技术复杂度高，星载设备研制难度大；(2).下行通道占用多个载波频率，无线电频率资源开销大；(3).要求探测器资源过大，从而压缩了探测载荷的可用资源。尤其在小型深空探测器上，由于资源严重受限，甚至无法设置全部相关设备。一般深空探测器要设置两台测控应答机及两台数传发射机、加上信标发射机相关的收发天线，需要近20kg重量、最大100W功耗，这对于深空探测器来说是很大的资源负担。对于小型深空探测器(如100kg重量级别)，解决设备的小型化问题非常必要，关系到整个探测器能否完成深空科学探测任务。实现设备小型化主要从简化系统结构、提高模块集成度、降低电路低功耗等方面开展工作，解决电路设计、力学设计、散热设计、可靠性设计等方面的问题，实现所有测控通信设备总重量不超过10kg、最大功耗小于80W，并且各单机均有冗余备份功能。其中，合理的系统结构设计能够带来重量、功耗指标的根本改善，本发明着重提供一种用于深空探测器的测控通信系统构成方案，解决星载设备小型化问题。

现有技术的测控通信系统使用了三种下行链路发射机：遥测数据发射机(含在测控应答机中)、数传发射机、VLBI信标发射机，它们均采用独立的设备来实现、有着相同的模块构成及电路形式，占用了较多的探测器资源。另外，测控应答机中除了遥控数据接收解调功能外，还包括上下行载波相干产生及测距信号再生转发等功能，使得设备研制难度增大。一般地，数传发射机、VLBI信标发射机总重量为5kg，而测控应答机重量为3kg。

中国科学院空间科学与应用研究中心的另一篇专利申请提供了一种将数传发射机中信号调制器实现数据调制与VLBI测轨信标一体化的具体策略，此外本领域技术人员也可以结合现有技术提供其余可选的技术手段，设计电路解决数据信号与测轨信标使用同一个调制器的问题；本发明的技术方案基于数据信号与测轨信标使用同一个调制器的策略，且进一步提高了数传发射机中的单元电路集成度，并将传统的测控应答机简化为指令接收机，实现了测控通信系统的一体化设计，解决了星载设备小型化问题，从而降低了深空探测器的重量。注：VLBI即为“甚长基线干涉”。

发明内容

本发明的目的在于，为解决现有技术的深空探测器测控通信系统设备小型化的技术问题，提供了一种用于深空探测器的测控通信系统及方法。

为实现上述目的，本发明提供了一种用于深空探测器的测控通信方法，该方法用于完成地面站与深空探测器之间的信息交互及探测器轨道测定，且所述信息包含：上行遥控指令、工程遥测数据、科学探测数据和测轨信标，所述测控通信方法包含：

采用一个上行载波频率及一个下行载波频率为所述深空探测器与地面站之间设置四条微波无线电信号通道，分别为用于传输地面站的上行遥控指令到探测器的遥控指令通道、用于传输探测器的工程遥测数据到地面站的遥测数据通道、用于传输探测器采集的科学探测数据到地面站的科学数据通道、用于传输探测器的测轨信标到地面站的VLBI测轨信标通道；

将工程遥测数据、科学探测数据及VLBI测轨信标三种通道信号合并为一个下行链路传输信号，最终采用一台发射机完成所有下行链路信号的发送功能；

采用VLBI技术测定探测器轨道的具体步骤为：使用高稳定频率源的频率基准信号产生测轨信标向地面VLBI测量网发送，由地面VLBI测量网通过Doppler频率测速及信号干涉测角方式完成对深空探测器的测轨任务。

可选的，当所述上行载波频率及一个下行载波频率为位于X波段的射频载波时，所述测控通信方法具体为：