航天器中继链路测控通信覆盖性能分析

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1、第19卷第4期2013年7月载人航天MannedSpaceflightV01．19No．463航天器中继链路测控通信覆盖性能分析刘保国，刘世勇，郝玉涛(北京跟踪与通信技术研究所，北京100094)摘要仿真分析了航天器在不同飞行姿态、不同性能中继终端下的中继链路测控通信几何覆盖率性能，比较了几何覆盖率与有效覆盖率的差异，给出了提高有效覆盖率的建议。关键词航天器；中继链路；测控通信覆盖率中图分类号：V443．1文献标识码：A文章编号：1674—5825(2013)04—0063—061引言测控通信覆盖率是航天器

2、的一项重要指标，直接影响飞行程序设计、飞控操作计划、天地通信能力和载荷应用水平1。2]。中继终端的性能、中继卫星资源使用策略、飞行轨道及姿态等，都与对中继链路的测控通信覆盖率密切相关【31。本文细化了几种覆盖率的分类，并使用模拟的中继卫星和航天器的飞行轨道和姿态数据，分析了多种中继终端下的测控通信覆盖率性能，给出了提高测控通信覆盖率的建议。2影响测控通信覆盖率的因素根据使用场合和目的不同，测控通信系统[21对航天器的测控通信覆盖率可分为以下几类：测控通信轨道覆盖率(以下简称轨道覆盖率)：测控站天线可覆盖航天

3、器轨道的总时段与航天器飞行时段之比。该定义主要用于衡量测控通信系统本身的能力，与测控站的数量、分布、天线遮蔽角大小等有关，并不关注航天器上测控通信终端的性能。测控通信几何覆盖率(以下简称几何覆盖率)：测控站天线与航天器天线可相互覆盖的总时段与航天器飞行时段之比。该定义主要用于衡量测控站与航天器之间的综合几何覆盖性能，当航天器天线覆盖全空域时，数值上与轨道覆盖率相等。测控通信有效覆盖率(以下简称有效覆盖率)：测控通信系统和航天器之间具备测控通信能力的总时段与航天器飞行时段之比。有效覆盖率在几何覆盖率的基础上，

4、增加了如定向天线角度捕获、前返向链路信号捕获等因素，直接反映了对航天器的测控通信能力。有效覆盖率可表示为：C=观=瓦仍一砭仍(1)式中，71为具备对航天器实施测控通信能力的时段；B为所统计的航天器飞行时段；L为航天器和测控站同时进入对方测控通信天线可覆盖范围内的时段。瓦／乃即几何覆盖率；％为航天器和测控站之间建立测控通信链路的时段。对中继链路，几何覆盖率主要由中继卫星的星座布局、中继卫星星间天线的工作范围、中继终端天线的工作范围决定。而中继卫星系统与航天器之间建立测控通信链路的时段咒可由下式表示：％=瓦+疋

5、+E+瓦(2)式中，r为中继卫星系统捕获航天器的准备时间。主要包括航天器轨道注入时间、星间天线回扫时间、系统参数配置时间。一般情况下，上述工作可在航天器进人中继卫星星间天线可见范围之前完成，除对多个目标进行接力跟踪外，可取￡=0；t为航天器上中收稿Et期：2012—12—12；修回Et期：2013—07—02作者简介：刘保国(1969一)，男，硕士，研究员，主要从事航天测控总体设计工作。E—mail：lb9361598@sohu．corn载人航天第19卷继终端星间天线捕获中继卫星的时间。对使用程序跟踪方式的

6、中继终端天线，除在多个不同轨位的中继卫星间接力跟踪外，可取T对使用自跟踪方式o=O；的中继终端，还包括天线捕获中继卫星信标的时间。r为中继卫星星间天线捕获航天器的时间。对使用程序跟踪方式的星间天线，除对多个目标进行接力跟踪外，该项时间一般可忽略；当使用自跟踪方式捕获航天器时，该项时间主要由中继卫星星间天线扫描捕获中继终端返向信号的时间决定。f。为前向、返向链路信号的捕获时间。前向、返向链路的捕获时间通常相互独立，主要由信号的强度、调制方式、码速率、接收机性能等决定。3覆盖率仿真参数选取1)中继卫星轨道位置：

7、布设于东经200、800、1800赤道上空的3颗中继卫星。2)航天器飞行轨道：轨道高度390km、倾角420的圆轨道。3)航天器飞行姿态：分别按以下三种飞行姿态设置。a)惯性飞行[41：舱体x轴垂直于轨道面指向轨道角动量方向，一Z轴指向太阳在轨道面的投影方向。b)正向飞行【4】：舱体X轴沿飞行方向向下俯仰角固定，本文取为10。；舱体沿x轴周期滚动，本文设定在一个轨道周期内完成±15。范围的周期滚动。c)对地定向：舱体Z轴指向地心，x轴沿飞行方向。4)中继终端天线覆盖范围：按航天器上配置的测控通信终端天线种类

8、不同，分以下4种状态：a)上600厂F600宽波束天线：航天器舱体上半空间(一z轴方向)、下半空间(Z轴方向)各安装1副s频段宽波束天线，每个天线的覆盖范围均为半锥角600的锥体。示意图如图1所示。一则b)上75。／下750：航天器舱体上半空间(一z轴方向)、下半空间(z轴方向)各安装1副s频段宽波束天线，每个天线的覆盖范围均为半锥角75。的锥体。示意图如图2所示。<≤二二——～一～、一一：≯，一￡．二≥‘．．1