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1、第24卷第3期飞行器测控学报Vol.24No.32005年6月JournalofSpacecraftTT&CTechnologyJun.20053深空测控通信技术发展趋势分析林墨(中国空间技术研究院卫星应用系统部·北京·100080)摘要为满足21世纪我国深空探测任务的需要,参考国外深空测控通信系统的先进技术,归纳和总结了未来相关技术发展的7个趋势,为我国深空测控通信技术的发展提供一些参考。关键词深空探测;测控通信系统;发展趋势中图分类号:V556.1;V556.5文献标识码:ATrendofDevelopmentof
2、DeepSpaceTrackingandCommunicationSystemsLINMo(ChineseAcademyofSpaceTechnologySatelliteApplicationSystemDepartment,Beijing100080)AbstractTomeetrequirementsforChinapsdeepspaceexplorationmissionsinthe21stcentury,thispapersummarizesthestate2of2the2arttechnologiesoff
3、oreigndeepspacetrackingandcommunicationsystemsandpointsoutseventrendsofdevelopmentofrelatedtechnologies,aimingtoprovidereferenceforChinapsdevelopmentofdeepspacetrackingandcommunicationtechnologies.KeywordsDeepSpaceExploration;CommunicationandTrackingSystem;Devel
4、opmentTrend0引言月球和深空探测是载人航天工程之后中国航天战略的新举措,将成为21世纪中国航天事业发展的重要领域。由于深空任务时间周期较长,通信距离长、时延大,链路带宽窄,接收信号微弱等一系列原因,使得深空测控通信与地球轨道航天器的测控通信相比差别很大,挑战更多,实现也更为困难。为了解决深空任务的通信时延、测角以及连续观测等问题,目前国际上采取的措施有:通过加大深空站的天线口径,提高射频频段,降低接收系统噪声温度,采用先进的光通信技术、信道编译码技术和信源压缩技术等措施来克服巨大的距离损失;运用差分甚长基线干
5、涉仪(ΔVLBI)技术来提供精确测角数据进行导航;立足于全球布设陆基深空网,克服地球自旋影响,提供全天时连续观测。1深空探测的发展趋势深空测控通信技术发展迅猛,本节介绍深空测控通信技术今后的发展趋势。1.1工作频段以X频段为主,并向Ka频段发展自20世纪70年代以来,X频段技术已得到广泛使用,目前深空探测器的测控频率基本上采用X频段。Ka频段与X频段相比,同等条件下信噪比更高,可以提供的数据率更高。美国NASA将在2010年之前完成对深空网(DSN)70m和34m设备的Ka频段升级。Ka频段已经在“卡西尼号”(Cass
6、ini)深空探测[1]器上得到了应用。欧空局在澳大利亚西部的珀斯附近新建的35m深空站已经具备Ka频段下行接收能力,并且可以扩展上行Ka频段能力;正在西班牙马德里建造的第二个35m深空站同时具备Ka频段上、下行能力。3收稿日期:2005-03-17作者简介:林墨(1981-),男,研究生,主要从事深空测控通信领域的技术研究。第3期林墨:深空测控通信技术发展趋势分析71.2天线组阵技术所谓天线组阵就是利用分布的多个天线组成天线阵列,接收来自同一信号源(深空探测器)发送的信[2]号,并将来自各个天线的接收信号进行合成,从而
7、获得所需的高信噪比接收信号。天线组阵相比单个天线具有下述优点。实际使用中的优点对于大口径天线来说波束宽度相对较窄,因此天线指向误差就是个大问题。指向精度要求的提高也使得大口径天线的制造越来越困难。天线阵使用口径较小的天线产生相对宽的波束,因此更能容许指向误差。而且天线组阵可以增加口径效率,能够等效实现更大的天线口径。操作上的优点天线阵列提供了更好的系统操作易用性、维护的灵活性和工作的可靠性。常规的预防性维护可以轮换使用不同天线,使系统全时满负荷工作。使用天线阵列,一个天线单元失效仅仅使得系统性能下降,并不会导致系统瘫痪
8、。同时减少备份件所需要的费用,与全时全功能工作的单个天线所必须的百分之百的备份件要求相比,天线阵列需要的备件数量要少很多。成本和花费上的优点因为从重量和尺寸考虑,小口径天线更容易建造。大批量、自动化的制造过程可以降低成本。喷气推进实验室(JPL)对于使用小口径天线阵来替代大口径单个天线进行过成本估计,即便计算了附加的多套组阵电子设
