首次火星探测任务遥测帧同步参数设计

针对深空探测任务的遥测帧同步问题,结合深空测控设备帧同步器实际参数结构,推导了平均正确入锁时间解析式。根据深空任务重要阶段中器地通信时长短的特殊需求,提出了采用数据有效处理时间占比的数据有效率定义和计算方法,用于计算帧同步器在不同链路通信时长下的综合性能。分析了平均正确入锁时间和数据有效率两项指标的特点和不足,提出通过设定数据有效率阈值再由平均正确入锁时间选优的参数设计方法。最后,根据首次火星探测“天问一号”任务链路条件,给出了最佳帧同步参数,结果表明参数在我国深空站应用效果良好,方法有效。     

Ka频段大口径天线阵系统及关键技术

地基直接深空测控通信/深空探测难题均在于长达数亿公里的超远距离带来的巨大传输损耗。提出了基于Ka频段分布式大口径天线阵的地基直接测控通信/深空探测设想，探讨了其应用模式及工作机理，对其中共同的关键技术Ka频段上行超大功率空间合成给出了解决措施，具体包括设备自身的ps量级时延稳定性设计、对流层延迟ps量级实时修正、空间传输距离的ps量级预测等。     

链路时延差对测控设备跟踪及解调性能影响分析

针对无线电测控设备下行接收链路设备复杂、传输环节多带来的不同链路时延差异,对分集合成方式下数据解调及不同测控体制角误差解调的机理进行了简要介绍,在对航天测量船某测控设备出现的2起典型故障的实测数据进行仿真的基础上,详细分析了下行链路时延差对测控设备不同测控体制下的跟踪及数据解调性能的影响,提出了下行链路时延测试方法及存在时延差异时的应对措施,为测控设备研制时分析时延差异带来的影响提供理论依据。     

光学技术在中国月球和深空探测中的应用（特约）

光学技术在中国探月工程与首次火星探测工程应用显著:一半以上的科学载荷属于光学遥感载荷;在自主导航、测控、监视、交会对接等工程实施上也应用广泛。文中简要回顾了中国探月工程已实施的历次任务、正在实施的探月工程三期和首次火星探测工程,以及光学技术应用取得的主要成果,介绍了中国未来对月球、火星、木星和小行星等探测任务的规划,分析了光学技术在未来月球与深空探测中的发展趋势和潜在应用领域。     

深空探测技术（特约）

深空探测是指对月球以及月球以远的天体或者空间环境开展的探测活动,深空探测领域是我国实现航天强国战略的重要组成部分,也是标志性领域之一。文中概要总结了深空探测60多年来的发展历程,重点介绍了我国深空探测取得的成就和未来发展的趋势,针对我国开展的探月工程和首次火星探测任务,分析了各次任务已取得的技术突破,围绕月球及深空探测后续任务规划,对月球科研站建立、小行星探测、火星取样返回以及木星系探测等任务的关键技术进行了探讨。在此基础上归纳总结了我国深空探测技术的发展路线以及未来需重点研究和攻克的关键技术。     

深空测控系统测距信号体制分析

深空测控通信中,接收信号微弱,信号时延巨大,使得深空测控与地球轨道航天器的测控有很大差异,选择合理的测距信号体制,对深空测控系统具有极其重要的意义。在对NASA及ESA的几种测距信号体制进行介绍的基础上,分析比较了几种深空系统测距信号体制,并对深空测控系统测距信号体制提出初步想法。     

FAST深空数据传输速率分析

500 m口径反射面射电望远镜(FAST)是目前世界口径最大、最灵敏的射电天文望远镜.为了分析FAST对深空探测任务的数据传输支持能力,利用数据传输链路预算分析方法,在规定特定工程余量的条件下,详细计算了FAST应用在内行星、外行星及柯伊伯带(Kuiper belt)天体探测任务中的数据传输速率.计算结果表明,FAST等效成口径300 m的地面接收天线,能使目前的深空通信数据下行传输速率提高70~400倍,未来其将会强有力地支持我国的火星、木星等深空探测任务.     

深空微波高精度测距测速技术

后续深空探测任务要求微波测量精度提高至少一个数量级。在此背景下,首先分析了目前我国深空测控系统无线电测距、测速现状,给出了主要误差源分解以及精度提升具体措施。针对行星间等离子体附加的测量误差,提出了多频链路消除行星间等离子体的具体方案。理论推导表明多频链路的设计使得无线电观测量基本上不受角距的影响。针对目前米级的设备校零残差提出了设备零值在线校正技术,以满足分米测距精度要求。     

深空通信中的喷泉编译码技术

针对深空通信长时延、误码率和丢包率大、上下行链路带宽不对称和链路易中断等特点,提出利用喷泉码的编译码技术解决上述问题。阐述了喷泉码的编译原理、类型、典型应用、关键技术,并提出利用喷泉码不需要反馈的思想,将喷泉编码与深空通信中的协议技术相结合,以简化协议,减少确认-重传过程,缩短长距离文件传输时延,增大系统的吞吐量。     

深空激光通信系统方案设计和视轴对准技术研究

在深空探测中利用激光进行科学数据的回传是一种极具潜力的方式,美国已经着手开展这方面的研究工作,在国内尚未有任何报道,针对这种情况,以火星对地球深空激光通信为研究对象,在对外部约束条件进行了分析的基础上,提出了通信分系统和捕获、跟踪、瞄准(APT)分系统两大分系统的设计原则,并对系统关键参数进行了详细设计,在此基础上提出了一种基于自然天体成像的捕获和对准概念,作为国内对深空激光通信整体方案的首次初探。     

Frequency recovery techniques for TM/TC satellite modem in critical scenarios

Reliability and effectiveness are essential features of satellite transceivers for telemetry and telecommand applications. Modem performance has a strong impact on the success of a satellite mission, in particular, during critical scenarios as the early operation phase, the disposal of a satellite at the end of its life, or the deep‐space missions. In these specific mission critical scenarios, fast and correct data reception is even more important than high channel capacity. An unknown and fast variable channel condition, which can be caused by uncertain spacecraft attitude and large Doppler shift with respect to the data rate, requires efficient and innovative receiver architecture. This paper introduces a complete digital implementation of a transceiver for TM/TC application in low Earth orbit mission that is perfectly compliant with aforementioned requirements. Particular attention is dedicated to the definition and selection of the most appropriate frequency recovery technique; 2 open‐loop techniques that are derived from ML optimal estimator are presented and compared. Additionally, the performance of the proposed receiver is extensively studied and compared with an incoherent technique that is based on the double differential PSK modulation and is known to be suitable for sat‐com in critical scenarios.     

PN Regenerative Ranging and Its Compatibility With Telecommand and Telemetry Signals

This paper investigates the performance of a satellite communication system which the onboard receiver regenerates the uplink pseudonoise (PN) ranging sequence. Using phase modulation, the PN ranging signal is transmitted together with the telecommand signal in the uplink and the telemetry signal in the downlink. Various ranging sequences are taken into consideration and tested prior to final international adoption. The reciprocal interference among telemetry, telecommand, and ranging signals is evaluated in terms of bit error rate and ranging phase acquisition time.     

The planetary exploration program

The U. S. program for space exploration of the planets began with the Mariner 2 flyby of Venus in 1962. Since then a series of Mariners have gone to Mercury and Mars, in addition to Venus. Pioneer-class spacecraft have flown through the asteroid belt and have passed by Jupiter. The Viking mission carried Out a spectacularly successful series of measurements at Mars. These past missions will be followed shortly by recently launched Voyager flybys of Jupiter and Saturn in 1977 and by Pioneer probes and orbiter to Venus in 1978. These missions have stressed exploration. Now there are two additional goals involving the well-being of Man which are looming on the space horizon.     

一种应用于深空通信的微弱信号捕获算法

针对低信噪比、高动态条件下深空测控通信信号捕获概率低以及复杂度较高的问题,首先分析了深空测控通信信号捕获的难点以及信号循环平稳特性,然后在此基础上提出了一种基于循环相关的新算法。计算机仿真结果证明新算法捕获门限达24 dBHz,适应频率动态达800 Hz/s;新算法较传统的捕获算法,在相同门限条件下的频率动态适应范围提升了约两个数量级。该方法已被应用于我国第一个深空测控站的建设,工作性能稳定可靠,有效地解决了低信噪比下深空站抑制载波信号的捕获问题。     

面向航天器有线无线混合场景的流调度机制研究

随着各国深空探测任务的开展,空间站的建设需求日益增加,而航天器内部大量的数据通信总线在一定程度上影响了航天器的有效载荷。因此,该文将无线通信方式引入到航天器通信系统设计中,但传统无线通信难以保障时敏数据的端到端传输时延,该文提出了一种有线无线融合的时间敏感网络(TSN)流调度方案。设计了一种上下行时隙分离的TDMA时隙分配机制,通过对航天器内部业务类型与有线无线融合传输链路的时延关系进行建模分析,构建了以时敏业务平均端到端时延最小的目标函数,采用粒子群算法对时隙分配方案进行快速求解。最后在Pycharm平台对所提算法进行对比测试,并在EXata网络仿真平台搭建航天传感器采集网络进行验证。实验结果表明,该文所提出的有线无线融合流调度方案能为时敏业务提供稳定、有界的时延保障。     

船载空间目标观测系统的任务规划

讨论了航天测量船在执行任务时的规划流程和关键的技术要点,通过对测量工况规划、电磁频谱分析、多装备可探测性分析、装备任务计划编排等关键技术的阐述,提出了针对问题的解决方法。该规划方法能够支持航天测量船执行海上测控任务的事前准备,并给出合理的规划方案。