深空測控新技術(shù)研究進(jìn)展

董光亮

(北京跟蹤與通信技術(shù)研究所,北京100094)

深空測控新技術(shù)研究進(jìn)展

董光亮

(北京跟蹤與通信技術(shù)研究所,北京100094)

測控系統(tǒng)是航天工程不可或缺的重要組成部分,其導(dǎo)航通信能力在深空探測任務(wù)中尤為重要。深空探測任務(wù)遠(yuǎn)距離、長延遲、弱信號、易中斷條件下高精度導(dǎo)航測量和高速可靠數(shù)據(jù)傳輸始終是深空測控技術(shù)需要重點解決的問題。圍繞這些問題重點介紹了在天線組陣、再生偽碼測距、連接端站干涉測量、相位參考干涉測量和容延遲網(wǎng)絡(luò)等一系列新技術(shù)方面開展的研究工作和部分成果,可以看到,這些成果的應(yīng)用將豐富深空測控技術(shù)手段,在未來更復(fù)雜、更遙遠(yuǎn)的深空探測任務(wù)中將會發(fā)揮重要作用。

深空測控;天線組陣;再生偽碼測距;連接端站干涉測量;相位參考干涉測量;容延遲網(wǎng)絡(luò)

0 引 言

深空探測任務(wù)與近地航天任務(wù)相比,具有跟蹤測量距離遠(yuǎn)、信號傳輸時延大、導(dǎo)航測量難度高、任務(wù)持續(xù)周期長等特點。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高和深空探測目標(biāo)距離的不斷增大,深空探測任務(wù)在數(shù)據(jù)傳輸速率、導(dǎo)航測量精度等方面的需求也將不斷增長。在數(shù)據(jù)傳輸方面,為了能夠在探測器和深空站之間實現(xiàn)最多有效數(shù)據(jù)的最短時間傳輸,考慮到探測器質(zhì)量、體積、功耗以及實現(xiàn)難度等自身資源的限制,必須盡可能提高深空站的上行發(fā)射能力和下行接收能力,天線組陣技術(shù)就是其中一種經(jīng)濟(jì)、靈活、可靠的解決手段;在導(dǎo)航測量方面,為了能夠在弱信號、遠(yuǎn)距離條件下獲得更高的導(dǎo)航測量精度,再生偽碼測距、連接端站干涉測量(connectedelement interferometry,CEI)和相位參考干涉測量等高精度軌道測量技術(shù),在未來的深空探測任務(wù)中必將得到廣泛應(yīng)用。此外,為了根本解決深空測控通信鏈路長延遲、易中斷、高誤碼的實際難題,隨著在軌運行探測器數(shù)量的不斷增多,構(gòu)建基于容延遲網(wǎng)絡(luò)(delay-tolerantnetwork,DTN)技術(shù)的行星際互聯(lián)網(wǎng),能夠有效實現(xiàn)異構(gòu)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)、數(shù)據(jù)可靠傳輸和資源綜合共享,這也是未來深空探測任務(wù)國際航天機(jī)構(gòu)之間開展互操作、互支持的必然發(fā)展趨勢[1]。

1 天線組陣技術(shù)

天線組陣包括本地組陣和異地組陣,該技術(shù)是利用多個天線接收來自同一個探測器的下行信號或向同一個探測器發(fā)射上行信號,通過信號合成提高信號的信噪比,實現(xiàn)高速數(shù)據(jù)的上下行傳輸。美國國家航天局(NASA)深空網(wǎng)從20世紀(jì)70年代初就開始研究和使用天線組陣技術(shù),該技術(shù)已成為解決深空探測器測控和高碼率信息傳輸?shù)闹匾緩?也是國際深空測控技術(shù)的發(fā)展趨勢之一。相比單個天線,天線組陣具有以下明顯優(yōu)勢。

1)提升系統(tǒng)性能:減小了大口徑天線對指向的高精度要求;有效提高了上下行數(shù)據(jù)量和遠(yuǎn)距離測控能力。

2)增強(qiáng)可操作性:可實現(xiàn)更高的資源利用率;提高系統(tǒng)的可用性和維護(hù)的靈活性;降低備件數(shù)量。

3)降低系統(tǒng)研制成本:批量生產(chǎn)和系統(tǒng)復(fù)雜度低,可有效節(jié)省系統(tǒng)研制難度和成本。

4)提高系統(tǒng)運行靈活性:根據(jù)任務(wù)需求靈活調(diào)整系統(tǒng)規(guī)模;新增單元不影響原系統(tǒng)運行。

1.1 下行組陣

下行組陣是將每個小口徑天線接收的信號進(jìn)行延遲和相位調(diào)整,使其與其他天線收到的信號相干,并將這些調(diào)整后的信號相加,形成信噪比增強(qiáng)的合成信號。目前,信號合成的主要方法包括全頻譜合成、復(fù)符號合成、符號流合成、基帶合成和載波組陣等;信號相關(guān)算法主要包括Simple算法和Sumple算法等[2]。所有的信號合成和信號相關(guān)算法都屬于信號處理的范疇,既可用于本地共源組陣,也可用于異地不共源組陣。經(jīng)理論仿真和試驗驗證表明,下行組陣?yán)萌l譜合成和Sumple算法,可以獲得更加優(yōu)越的性能。全頻譜合成原理如圖1所示。

“嫦娥3號”探測器在月球表面成功著陸并實現(xiàn)兩器分離后,我們利用1副12 m天線和2副18 m天線組成的試驗驗證系統(tǒng)開展了下行組陣接收試驗。其中,單個18 m天線接收的圖像數(shù)據(jù)如圖2(a)所示,1副12 m天線和2副18 m天線組陣接收的圖像數(shù)據(jù)如圖2(b)所示。試驗結(jié)果表明,信號合成效率可以達(dá)到95%以上,1副12 m天線和2副18 m天線組陣,實現(xiàn)了等效25 m量級大口徑天線的接收效果,利用下行組陣技術(shù)可以有效提高數(shù)據(jù)接收質(zhì)量。

圖1 下行組陣全頻譜合成原理框圖Fig.1 Block diagram of full-spectrum combining for downlink antenna array

圖2 下行組陣接收“嫦娥3號”探測器圖像數(shù)據(jù)比較圖Fig.2 Comparison of downlink antenna arrays recive Chang'e-3's image data

1.2 上行組陣

上行組陣是利用地面上分布的多個發(fā)射天線組成發(fā)射陣列,對同一目標(biāo)發(fā)射信號,并通過調(diào)整各個發(fā)射信號的時延、相位,使各個發(fā)射信號在目標(biāo)處能夠?qū)崿F(xiàn)同相合成,從而增強(qiáng)深空探測器接收信號的信噪比。上行組陣系統(tǒng)組成如圖3所示。

圖3 上行組陣系統(tǒng)組成框圖Fig.3 Block diagram of uplink antenna array system

通過上行組陣系統(tǒng)實現(xiàn)多個發(fā)射信號的相關(guān)合成要比下行信號分布接收合成在技術(shù)上更具挑戰(zhàn)性,主要需完成以下工作:

1)利用位置精確已知的遠(yuǎn)場目標(biāo),對上行組陣系統(tǒng)的每一個天線進(jìn)行標(biāo)校,獲取各天線之間輸出信號相位和時延的固有差值,即上行組陣系統(tǒng)信號特性;

2)要更加精細(xì)地掌握傳輸信號經(jīng)過大氣空間時的折射和延遲特性;

3)根據(jù)目標(biāo)實際飛行狀態(tài)和上行組陣系統(tǒng)信號特性,計算每一個天線輸出信號的相對相位和時延,并按要求產(chǎn)生各天線的發(fā)射信號,最終實現(xiàn)信號在目標(biāo)處的相關(guān)合成。

2 再生偽碼測距技術(shù)

再生偽碼測距技術(shù)與純側(cè)音等常規(guī)測距技術(shù)相比,探測器對測距信號進(jìn)行檢測處理和同相再生替代了傳統(tǒng)的透明轉(zhuǎn)發(fā),從而消除了上行信號噪聲對下行信號的影響,實現(xiàn)了下行鏈路信噪比的提高和測距性能的改善。目前,國際上空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(Consultative Committee for Space Data Systems,CCSDS)針對偽碼測距技術(shù)已形成相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[3-4],可以為開展再生偽碼測距系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)提供借鑒參考。

參考CCSDS標(biāo)準(zhǔn),選擇兩種用于再生偽碼測距的復(fù)合碼,分別為T4B碼和T2B碼。T4B碼和T2B碼由6個相同的子碼經(jīng)不同邏輯復(fù)合得到。6個子碼由Titsworth最先提出[5],其碼長和碼序列如表1所示,T4B碼和T2B碼的組合邏輯如表2所示。

表1 再生偽碼測距系統(tǒng)采用的6個子碼Table 1 6 subcodes of regenerative pseudo-noise ranging system

表2 T4B碼和T2B碼的組合邏輯Table 2 Combinatorial logic of T4B code and T2B code

再生偽碼測距系統(tǒng)中,探測器利用6個子碼與T4B碼、T2B碼之間良好的互相關(guān)特性,可以通過各子碼與復(fù)合碼的相關(guān)運算,恢復(fù)出復(fù)合碼的生成子碼,從而重構(gòu)復(fù)合碼;地面利用子碼比對及孫子定理,計算雙向測距時延,進(jìn)而由光速轉(zhuǎn)換為最終的測距值。

在我們開展的地面驗證試驗中,測試和驗證了再生偽碼測距系統(tǒng)具有的良好性能(如表3所示)。其中地面驗證試驗系統(tǒng)包括器載應(yīng)答機(jī)、地面數(shù)字綜合基帶設(shè)備、X頻段上/下變頻器、信道模擬器和監(jiān)控系統(tǒng)等,如圖4所示。

表3 再生偽碼測距系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)Table 3 Main technical parameters of regenerative pseudonoise ranging system

圖4 再生偽碼測距地面驗證試驗系統(tǒng)組成框圖Fig.4 Constitution of regenerative pseudo-noise ranging groud test system

研究結(jié)果表明,在相同測距精度要求下,相比純側(cè)音測距,再生偽碼測距可改善20 d B以上的測距信道性能;偽碼測距信號與遙測遙控信號之間具備較好的兼容性,其中與遙控信號的相互影響可忽略不計,與遙測信號的相互影響約為1～2 dB;載波信號調(diào)制偽碼信號后對測速精度的影響也可忽略不計。因此,再生偽碼測距技術(shù)更加適合于弱信號條件下的深空探測任務(wù)。

3 連接端站干涉測量技術(shù)

連接端站干涉測量(CEI)技術(shù)的基本原理是利用光纖在直線距離相距10～100 km(短基線)的兩個地面站之間進(jìn)行頻率和信息傳遞,通過兩站極高精度的頻率一致性,實現(xiàn)兩站接收信號延遲的精確測量,保證在短基線條件下,也能獲得滿足要求的目標(biāo)相對基線矢量的精確角位置?？傮w來講,該技術(shù)具有以下優(yōu)點:

1)使用同一頻率源標(biāo)準(zhǔn),可以在兩站之間進(jìn)行相干處理,并抵消站間的頻率和時間偏差,同時減少了配置氫鐘的數(shù)量,提高利用效率;

2)利用光纖進(jìn)行測量信息的實時傳遞,可以實時或準(zhǔn)實時得到定軌預(yù)報結(jié)果;

3)采用短基線測量與采用長基線測量相比,雙站共視時間更長,更容易為任務(wù)的關(guān)鍵弧段提供支持;

4)由于基線較短,探測器與兩個地面站之間的路徑傳輸特性基本一致,可以降低空間傳播介質(zhì)誤差的影響;

5)通過光纖將已有天線設(shè)備連接成一個系統(tǒng),組網(wǎng)靈活;

6)可獲得載波相位延遲測量量,測量精度遠(yuǎn)高于群延遲測量量。

在CEI系統(tǒng)中,由于測量基線很短,與長基線測量相比,保持相同的測角精度,必須要得到更高的兩站接收信號時延精度。實現(xiàn)CEI高精度測量的途徑是獲取相位延遲測量量并正確解模糊,這要求保證站間時頻信號同源及高精度的同步特性,以減少測量誤差。站間高精度時頻傳遞通過光纖通信鏈路實現(xiàn),試驗系統(tǒng)具體組成如圖5所示。

該系統(tǒng)主要由高頻接收分系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集與基帶轉(zhuǎn)換分系統(tǒng)、時頻傳遞分系統(tǒng)、時頻接口分系統(tǒng)、實時相關(guān)處理分系統(tǒng)、定軌定位計算分系統(tǒng)等組成。高頻接收分系統(tǒng)和數(shù)據(jù)采集與基帶轉(zhuǎn)換分系統(tǒng)完成航天器信號的接收和數(shù)據(jù)采集;時頻傳遞分系統(tǒng)完成從頻率源到測控設(shè)備的時頻傳遞,向測控設(shè)備輸送10 MHz頻標(biāo)及秒脈沖信號,確保兩個站頻率信號的相干性;時頻接口分系統(tǒng)通過高穩(wěn)鎖相環(huán)、高精密時間間隔測量和相位微調(diào)技術(shù)來確保高精度的測量需求;實時相關(guān)處理分系統(tǒng)完成對航天器信號短基線干涉測量的相關(guān)處理工作,獲得高精度相位延遲或群延遲量;定軌定位計算分系統(tǒng)通過獲取的測量數(shù)據(jù)完成對航天器的定軌定位計算工作。

為了對基于光纖時頻傳遞的CEI系統(tǒng)進(jìn)行功能驗證,我們利用直線距離相距約50 km的兩個地面站構(gòu)建了相應(yīng)的試驗驗證系統(tǒng),該系統(tǒng)的時頻傳遞指標(biāo)為:頻率傳遞穩(wěn)定度優(yōu)于1E-13/s,時間同步精度優(yōu)于100 ps。針對雙差分條件下的CEI測量,綜合考慮頻率穩(wěn)定度、電離層、對流層、系統(tǒng)熱噪聲、儀器相位抖動、基線誤差等的影響,時延測量精度將優(yōu)于0.2 ns?；谏鲜鰷y量精度,基線50 km的CEI系統(tǒng)可實現(xiàn)對兩顆共位地球同步靜止軌道衛(wèi)星相對定位精度50 m以內(nèi)的指標(biāo)。

圖5 基于光纖時頻傳遞的CEI系統(tǒng)組成框圖Fig.5 Block diagram of CEI system based on optical time and frequency transmission

4 相位參考干涉測量技術(shù)

相位參考干涉測量技術(shù)最初用于亮度較弱的射電源結(jié)構(gòu)成圖,利用鄰近的致密射電源相位信息修正目標(biāo)源的可見度數(shù)據(jù)相位,能有效提高弱源可見度數(shù)據(jù)的相干時間和系統(tǒng)靈敏度,降低目標(biāo)源的探測亮度限制。經(jīng)過相位校準(zhǔn)的可見度數(shù)據(jù)相位保留了目標(biāo)源和參考源的相對位置信息,兩者間角距測量精度可達(dá)亞毫角秒量級。如果把其中一個射電源換成探測器,就可以通過相位參考干涉測量技術(shù)獲得探測器與射電源之間的高精度相對角位置。美國NASA利用美國國家射電天文臺的甚長基線陣(very long baseline array,VLBA)分別在2004年“勇氣號”(MER-B)、“卡西尼號”(Cassini)、2008年“鳳凰號”(Phoenix)3個探測器上開展了相位參考干涉測量導(dǎo)航試驗[6-7]。歐空局(ESA)則在2011年利用歐洲VLBI觀測網(wǎng)(the European VLBI network,EVN)對金星快車(Venus Express)進(jìn)行了測量,定位精度和VLBA相當(dāng)[8]。這幾次試驗不僅充分驗證了該技術(shù)在深空導(dǎo)航中應(yīng)用的可行性,同時還體現(xiàn)了該技術(shù)的以下幾個優(yōu)點:

1)測量精度高,探測器與射電源角距測量精度優(yōu)于0.5 nrad,比美國NASA深空網(wǎng)(deep space network,DSN)現(xiàn)有的雙差單向測距(ΔDOR)測量精度更高;

2)不需要探測器具備特殊的信標(biāo),利用探測器下行載波信號就可以實現(xiàn)精確測量;

3)靈敏度高,可以觀測很弱的探測器信號,或者利用更弱的更靠近探測器的參考射電源,進(jìn)一步減小系統(tǒng)誤差。

我國用于月球及深空探測無線電干涉測量的測站包括甚長基線干涉(VLBI)觀測網(wǎng)的4個站(上海65 m、北京50 m、昆明40 m和烏魯木齊25 m)和喀什35 m及佳木斯66 m兩個深空站。在“嫦娥3號”任務(wù)中,我們利用VLBI觀測網(wǎng)的干涉測量數(shù)據(jù),以著陸器為參考源,對“玉兔號”巡視器進(jìn)行了成圖處理,得到了巡視器相對著陸器的精確位置,相對定位精度達(dá)到了1 m量級,如圖6所示。圖中的淺色亮點為巡視器,圖像原點為著陸器所在位置。淺色亮點與圖像原點的偏移反映了巡視器與著陸器的相對位置。

圖6 相位參考干涉測量對“玉兔號”巡視器的成圖結(jié)果Fig.6 Radio image of the Yutu rover using VLBI phase referencing

本次試驗有效驗證了利用我國VLBI觀測網(wǎng)進(jìn)行探測器相位參考干涉測量的可行性和高精度,若再增加兩個深空站,測量精度和實時性將會得到進(jìn)一步提高。

5 容延遲網(wǎng)絡(luò)技術(shù)

容延遲網(wǎng)絡(luò)(DTN)技術(shù)借鑒了因特網(wǎng)的設(shè)計思路,在應(yīng)用層之下傳輸層之上插入了一個面向異步數(shù)據(jù)傳輸?shù)母采w層,也稱包裹(bundle)層,從而構(gòu)造了“因特網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)”,其核心思路是采用保管傳遞的可靠傳輸協(xié)議(例如,包裹協(xié)議BP、容延遲傳輸協(xié)議DTTP、CCSDS文件傳輸協(xié)議CFDP等),并配合靈活高效的動態(tài)路由協(xié)議(例如,接觸圖路由協(xié)議CGR、蔓延路由協(xié)議Epidemic、自適應(yīng)消息轉(zhuǎn)發(fā)路由協(xié)議PRoPHET等),以解決深空探測任務(wù)中異步數(shù)據(jù)的可靠傳輸問題,從而為整個太陽系的用戶提供無處不在的端到端連接。DTN技術(shù)的應(yīng)用前景主要包括以下幾個方面:

1)深空探測任務(wù):DTN對于包含行星本地網(wǎng)絡(luò)和行星中繼網(wǎng)絡(luò)的深空探測任務(wù)所面臨的長延遲、日常性的網(wǎng)絡(luò)中斷問題提出了系統(tǒng)性的解決方案,對所支持的業(yè)務(wù)類型和業(yè)務(wù)形式?jīng)]有限制,對已有的成熟技術(shù)有良好的兼容性。例如,地面鏈路采用的TCP/IP協(xié)議,空間鏈路采用的可靠傳輸協(xié)議(LTP)、CCSDS封裝包協(xié)議、高級在軌系統(tǒng)(AOS)協(xié)議、近程傳輸協(xié)議(Proximity-1)等。

2)地球軌道航天任務(wù):星間鏈路的廣泛采用,將使大量的地球軌道衛(wèi)星形成空間信息網(wǎng)絡(luò)。DTN的容中斷特性,將不再關(guān)注地面與目標(biāo)星之間的直接鏈路,基于端到端的容延遲的信息傳輸(遙測、遙控、數(shù)據(jù)等),可以使用戶更多地體驗天地一體化測控通信網(wǎng)絡(luò)的智能化服務(wù)。

3)信息傳輸協(xié)議的標(biāo)準(zhǔn)化:DTN協(xié)議體系屏蔽了網(wǎng)絡(luò)間的異構(gòu)特性,兼容不同的傳輸協(xié)議,地面和空間數(shù)傳系統(tǒng)可以在原有的建設(shè)基礎(chǔ)上,保持原不同協(xié)議在本地的可用性,并通過DTN技術(shù)互聯(lián)互通,充分適應(yīng)了國際互支持需求;同時,DTN體系結(jié)構(gòu)為不同的協(xié)議層建立了選項豐富、可供按需裁剪的協(xié)議,保證了協(xié)議體系的可持續(xù)發(fā)展。

在一個由任務(wù)控制中心、深空網(wǎng)地面站、火星中繼衛(wèi)星和火星著陸器等組成的典型火星探測任務(wù)中,利用DTN技術(shù)實現(xiàn)端到端數(shù)據(jù)傳輸?shù)木唧w實現(xiàn)方式可通過圖7體現(xiàn)[9]。在任務(wù)控制中心和地面站之間的地面鏈路中,BP協(xié)議可以在TCP/IP協(xié)議之上實現(xiàn),地面站利用BP協(xié)議可以保管數(shù)據(jù)直到與下一個中繼衛(wèi)星的連接周期開始為止,地面站發(fā)送的保管傳遞確認(rèn)消息可以將數(shù)據(jù)已被成功接收并正在發(fā)送的消息通知任務(wù)控制中心。在地面站和中繼衛(wèi)星之間以及中繼衛(wèi)星和著陸器之間的空間鏈路中,BP協(xié)議可以在LTP協(xié)議、CCSDS封裝包協(xié)議、AOS協(xié)議和Proximity-1協(xié)議等多種不同數(shù)據(jù)鏈路和傳輸層協(xié)議上實現(xiàn),需要進(jìn)行可靠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)可以保管在中繼衛(wèi)星上,且在下一個與著陸器之間的連接機(jī)會出現(xiàn)時,中繼衛(wèi)星才會將保管傳遞確認(rèn)消息通知地面站。因此,當(dāng)中繼衛(wèi)星和著陸器之間的數(shù)據(jù)丟失時,可以利用中繼衛(wèi)星直接進(jìn)行重發(fā),而不再需要利用地面站進(jìn)行重發(fā),提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。

圖7 典型火星探測任務(wù)中采用DTN技術(shù)進(jìn)行端到端數(shù)據(jù)傳輸?shù)哪Ｐ涂驁DFig.7 Model diagram of transmitting data end-to-end by DTN technology in typical Mars mission

我們利用DTN網(wǎng)絡(luò)實驗平臺(如圖8所示)對DTN網(wǎng)絡(luò)中可能采用的LTP、DTTP、CFDP、BP等可靠傳輸協(xié)議和CGR、Epidemic、PRoPHET等動態(tài)路由協(xié)議進(jìn)行了性能驗證,得到了以下基本結(jié)論:

1)LTP、DTTP、CFDP和BP協(xié)議均能夠很好地在易中斷、低速率、高誤碼和長延遲的深空通信環(huán)境中保證數(shù)據(jù)的可靠傳輸;

2)在信道誤碼較小時,BP協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸性能優(yōu)于CFDP協(xié)議;當(dāng)信道誤碼較大時,CFDP協(xié)議的數(shù)據(jù)傳輸性能優(yōu)于BP協(xié)議;

3)LTP和DTTP協(xié)議更適用于深空通信環(huán)境,且在絕大多數(shù)應(yīng)用場景下,與其他可靠傳輸協(xié)議相比,LTP協(xié)議的性能均是最優(yōu)的;

4)CGR協(xié)議與Epidemic、PRoPHET協(xié)議相比,在吞吐量和時效性等方面表現(xiàn)出來的性能是最優(yōu)的,因此對于具有確定連接關(guān)系的深空通信環(huán)境, CGR協(xié)議是最佳選擇。

圖8 DTN網(wǎng)絡(luò)實驗平臺體系結(jié)構(gòu)框圖Fig.8 Structure diagram of DTN network experimental platform

6 結(jié)束語

測控距離更遠(yuǎn)、傳輸數(shù)據(jù)更多、導(dǎo)航精度更高始終是驅(qū)動深空測控技術(shù)發(fā)展的不竭動力,任何相關(guān)技術(shù)的突破和應(yīng)用都將為深空探測活動的成功與科學(xué)發(fā)現(xiàn)創(chuàng)造重要條件。同時,各類最具想象力的深空探測任務(wù)又為測控通信技術(shù)發(fā)展提出了源源不斷的新課題,不斷產(chǎn)生的技術(shù)成果猶如注入的新鮮血液使這門學(xué)科充滿活力。這里介紹的幾項研究成果僅是任務(wù)需要的一部分,激光測控通信一體化、網(wǎng)絡(luò)編碼等更多的新技術(shù)都將在深空測控任務(wù)中發(fā)揮重要作用,為我國未來更復(fù)雜、更遙遠(yuǎn)的深空探測任務(wù)提供更堅實的技術(shù)基礎(chǔ)。

[1]吳偉仁,董光亮,李海濤,等.深空測控通信系統(tǒng)工程與技術(shù)[M].北京:科學(xué)出版社,2013:429-438.[Wu W R,Dong G L, Li H T,et al.Engineering and technology of deep space TT&C system[M].Beijing:Science Press,2013:429-438.]

[2]David H Rogstad,Alexander Mileant,Timothy T Pham.深空網(wǎng)的天線組陣技術(shù)[M].李海濤,譯.北京:清華大學(xué)出版社,2005:20-25,72-76.[David H Rogstad,Alexander Mileant,Timothy T Pham.Anenna arraying technologies in deep space network[M].Li H,transl.Beijing:Tsinghua University Press,2005:20-25,72-76.]

[3]Consultative Committee for Space Data Systems.CCSDS 414.0-G-1 PSEUDO-NOISE(PN)RANGING SYSTEMS [S].CCSDS,2010.

[4]Consultative Committee for Space Data Systems.CCSDS 414.1-B-1 PSEUDO-NOISE(PN)RANGING SYSTEMS [S].CCSDS,2009.

[5]Robert C Titsworth.Optimal ranging codes[J].IEEE trans on space electronics and telemetry,1964,10(1):19-30.

[6]Martin-Mur T J,Antreasian P,Border J,et al.Use of very long baseline array interferometric data for spacecraft navigation[C]∥19th International Symposium on Space Flight Dynamics.Kanazawa,Japan:[s.n.],2006.

[7]Fomalont E,Martin-Mur T J,Border J S,et al.Spacecraft navigation using the VLBA[C]∥10th European VLBI Network Symposium and EVN Users Meeting:VLBIand the new generation of radio arrays.Manchester,UK:[s. n.],2010.

[8]Duev D A,Calves G M,Pogrebenko S V,et al.Spacecraft VLBI and Doppler tracking:algorithms and implementation [J].Astronomy&Astrophysics,2012(541):A43.

[9]Consultative Committee for Space Data Systems.CCSDS 734.0-G-1 Rationale,Scenarios,and Requirements for DTN in Space[S].CCSDS,2010.

通信地址:北京5131信箱1號(100094)

電話:(010)66361003

E-mail:dongguanglia@bittt.cn.

[責(zé)任編輯:宋宏]

Development of New Technology in Deep Space TT&C

DONG Guangliang
(Beijing Institute of Tracking and Telecommunications Technology,Beijing 100094,China)

The TT&C system is an indispensable part of deep space exploration project with its navigation and telecommunication performance being the key factor for mission success and science output.In condition of faraway distance,long delay,feeble signal and easy discontinuity,developing and applying a series of deep space TT&C new technologies,such as antenna array,regenerative pseudo-noise(PN)ranging,connected-element interferometry, phase-referencing interferometry and delay-tolerant network,can provide high precision navigation methods and high rate data transmission capabilities for future deep space exploration missions.

deep space TT&C;antenna array;regenerative pseudo-noise(PN)ranging;connected-element interferometry(CEI);phase-referencing interferometry;delay-tolerant network(DTN)

V11

:A

:2095-7777(2014)04-0243-07

10.15982/j.issn.2095-7777.2014.04.001

董光亮(1966—),男,碩士,研究員,主要研究方向為航天測控、軌道動力學(xué)。

2014-10-14

2014-11-30