深空探测与测控通信技术

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1、专题述评电讯技术2001年第2期SUMMARIZATION文章编号:1001-893X(2001)02-0001-04X深空探测与测控通信技术石书济(信息产业部电子第十研究所,四川成都610036)【摘要】本文简述了深空探测的重要意义,深空探测对测控通信的挑战以及人类在近30年来为解决矛盾而研究应用的各项措施和所达到的水平。提出了我们应当跟踪研究的深空测控通信领域的新体制、新技术和新设备。关键词:航天技术;深空探测;测控通信;评述中图分类号:V55611文献标识码:A将开发利用天疆,移民其它星体(如月球、火星)

2、的梦一、概　　述想变为现实。另一方面,深空探测还具有很强的军事、政治意义。所以人类在20世纪末发出了“火星、深空探测、载人航天、小卫星(或微小卫星)开发火星、人类的火星”的强烈呼喊。同时美国、俄罗斯、应用将是人类在新世纪的主要三大航天活动。从日本及欧洲国家等都分别制订了重返月球的时刻1959年1月前苏联首次用月球1号探测月球至今的表。可以预计,21世纪人类利用已掌握的航天技术40多年中,人类已经初步探测了除冥王星以外的所开发利用月球和火星将成为深空探测的重点。有太阳系行星及其部分卫星。在60～70年代,美国向水

3、星、金星、火星、木星和土星等先后发射了“水手”、“海盗”、“先驱者”和“旅行者”等4种型号数十二、深空探测对测控通信的挑战个行星探测器,其中“旅行者—2”在对木星、土星进人类对于地球同步轨道(GEO)特别是近地轨道行探测后,还首次对天王星、海王星进行了探测,并(LEO)上的航天活动,其测控通信技术已完全适应,同“旅行者—1”、“先驱者—10”、“先驱者—11”等先即不存在技术难题。例如采用S、C频段的陆海基后飞出了太阳系。只是在1979年以后的11年中,测控通信网,其测控通信站的天线一般分为5～6m、由于航天计

4、划重点的转移,美国才没有发射任何新9～12m、15～18m多档,发射功率分别有400W、的行星探测器。到了1989年,美国利用亚特兰蒂斯1kW、3kW;同步轨道卫星所装天线口径只需1～号航天飞机成功地施放了“麦哲伦”金星探测器和2m,发射功率10W量级。上世纪后期建成并完善“伽利略”木星探测器,从而又开始了第二轮深空探的天基测控通信网即TDRSS,实现了对LEO上的航测计划。前苏联在1989年前的30年中,连续发射天器100%的测控通信轨道覆盖率。但是,当人类将了“火星”、“金星”、“维加”、“福布斯”等型号几

5、十颗航天活动的范围扩展到月球、火星特别是冥王星以及各类行星探测器,且在1979～1989年这10年中可太阳引力所能达到的奥尔特彗星云时,测控通信尚存在因距离变远损失巨增、低覆盖率等许多技术难点,算是一枝独秀,取得了辉煌的成就。5甚至感到每秒3.0×10km的光速也还太慢。深空探测集中显示了一个国家的科技发展水平和综合国力。就其科学和经济意义来说,深空探测11距离变远、路径损失增加及解决措施可以研究了解地球、太阳系乃至整个宇宙的起源,研地球同步卫星轨道高度约35786km;月球离地究了解其它天体上是否存在生命及生

6、命的起源,并球最近的距离约363300km,最远距离为405500km;X收稿日期:2001-02-09作者简介:石书济(1941-),男,研究员.·1·专题述评电讯技术2001年第2期SUMMARIZATION6火星距地球的距离是5916×10(最近)～401.3×辐射微波放大器,并将该低噪声放大器随同馈电系610km(最远);冥王星距地球的距离分别为429719统浸入液氦中,这样就可使接收系统噪声温度降致66×10(最近)～7535.1×10km(最远)。若以地球同615K,从中又获得了14dB左右的好处。

7、步卫星为参考,则由于距离变远,对月球、火星和冥(5)采用先进的编译码技术王星来说,增加的路径损失大致分别为20113～21.在采用了相干调制解调技术后,按保证Pe=-608dB、64143～81dB、101159～106147dB。一方面是10要求计算,当未采用信道编译码技术时,理论上人类深空探测的范围越来越大即距离越来越远,另要求Eb/N0为1015dB。经过近20年来的技术突一方面是对测控通信的质量(如精度、速率、误码率破,目前国际上采用(k,r)为(15,"1)卷积码和R—S等)的要求越来越高。在上世纪后

8、期的30多年中,码级联,Eb/N0已达到只需0153dB的先进水平。所人类通过对深空探测器、深空测控通信站的改进,还以采用先进的信道编译码技术后,可以得到10dB包括提高载波频段、改进编译码和数据压缩等措施,左右的增益。使深空测控通信能力提高了19个数量级。主要的(6)采用信源压缩方法具体措施是:对于深空探测来说,获得完整的原始图像和数(1)增大天线口径据是十分重要的,故只能采用无损压