基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的全球天基測(cè)控技術(shù)

陳愷 江蘇無線電廠有限公司

全球天基測(cè)控技術(shù)是空間領(lǐng)域技術(shù)，也是當(dāng)前世界各國都在研發(fā)的重要科學(xué)技術(shù)，通過全球天基測(cè)控技術(shù)的研發(fā)應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)全球范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)通信和目標(biāo)測(cè)控。而在全球天基測(cè)控技術(shù)的研發(fā)中，發(fā)現(xiàn)天基測(cè)控技術(shù)中還存在數(shù)據(jù)傳輸安全以及數(shù)據(jù)傳輸效率等問題，而利用北斗導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用可以實(shí)現(xiàn)全球天基測(cè)控技術(shù)的優(yōu)化，實(shí)現(xiàn)全球天基測(cè)控技術(shù)的功能提升。

1 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的簡(jiǎn)要介紹

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是當(dāng)前我國自主研發(fā)的衛(wèi)星定位系統(tǒng)，已經(jīng)開始投入運(yùn)行，并具有絕對(duì)良好的定位與導(dǎo)航功能。北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國定位技術(shù)發(fā)展的新突破，也是我國衛(wèi)星定位遙感技術(shù)踏入先進(jìn)國家的標(biāo)志，對(duì)我國定位技術(shù)的發(fā)展以及綜合國力的提升起到了非常關(guān)鍵的作用。當(dāng)前，我國北斗導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)完成了亞太地區(qū)衛(wèi)星系統(tǒng)的布置，實(shí)現(xiàn)了亞太地區(qū)的精準(zhǔn)定位，也為飛行器天基測(cè)控以及衛(wèi)星通信帶來了便利條件。

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)是我國科技力量發(fā)展中的重要模塊，早在1983年，我國就提出北斗計(jì)劃，希望能夠通過衛(wèi)星地位對(duì)我國的海上航線提供良好的定位指導(dǎo)，以更好的發(fā)展海上經(jīng)濟(jì)貿(mào)易。而隨著GPS衛(wèi)星定位系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用，我國對(duì)于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的研發(fā)越來越重視。在2003年末段，我國同時(shí)完成了三顆北斗衛(wèi)星的發(fā)射。并在此年開始啟動(dòng)籌劃北斗二代衛(wèi)星系統(tǒng)。而到了2012年我國北斗導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)相繼發(fā)送多顆地球靜止軌道衛(wèi)星 （GEO）、傾斜軌道衛(wèi)星 （IGSO）以及中軌衛(wèi)星（MEO）。當(dāng)前，我國北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)發(fā)展非?？?，預(yù)計(jì)在2020年內(nèi)完成所有衛(wèi)星發(fā)送，從而實(shí)現(xiàn)北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)對(duì)全球范圍內(nèi)的覆蓋。

2 全球天基測(cè)控技術(shù)及其功能需求

全球天基測(cè)控技術(shù)是指利用衛(wèi)星作為信號(hào)中繼站以及交換站，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)任務(wù)目標(biāo)的通信和測(cè)控，其具有全球范圍內(nèi)的目標(biāo)覆蓋功能，可以說是現(xiàn)代世界中覆蓋面積最廣的定位監(jiān)控系統(tǒng)。天基測(cè)控技術(shù)是利用空間衛(wèi)星完成數(shù)據(jù)傳輸和測(cè)控，所以相比于陸/?；鶞y(cè)控，其測(cè)控覆蓋范圍更廣。另外，從天基測(cè)控技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸角度和數(shù)據(jù)安全角度進(jìn)行分析而言，全球天基測(cè)控技術(shù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^程中選擇使用到中低軌衛(wèi)星進(jìn)行中轉(zhuǎn)傳輸，從而很大程度上提高衛(wèi)星數(shù)據(jù)的傳輸效率以及安全性。所以，全球天基測(cè)控技術(shù)在當(dāng)前軍事領(lǐng)域以及國家建設(shè)當(dāng)中有良好的應(yīng)用。

全球天基測(cè)控技術(shù)中應(yīng)用中主要包括境內(nèi)地面站系統(tǒng)以及中繼系統(tǒng)兩大部分，而其在具體數(shù)據(jù)通信中，地面站系統(tǒng)可以與地面測(cè)控目標(biāo)直接進(jìn)行通信，中繼站系統(tǒng)也可以通過地面站系統(tǒng)與測(cè)控目標(biāo)完成通信和測(cè)控。但是，在實(shí)際的測(cè)控通信中，地面站系統(tǒng)還存在有不可視區(qū)域，不可視區(qū)域中，地面站系統(tǒng)不能夠?qū)μ旎鶞y(cè)控目標(biāo)進(jìn)行通信和測(cè)控，所以在天基測(cè)控技術(shù)當(dāng)前的應(yīng)用和發(fā)展過程中，應(yīng)該建立星地以及星間鏈路，從而實(shí)現(xiàn)全球天基測(cè)控技術(shù)中全方位的定位監(jiān)測(cè)。

3 北斗導(dǎo)航系統(tǒng)在天基測(cè)控技術(shù)當(dāng)中的具體應(yīng)用

北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的建立和布置為飛行器天基測(cè)控以及衛(wèi)星通信帶來了便利條件，所以在天基測(cè)控技術(shù)發(fā)展中應(yīng)用到北斗導(dǎo)航系統(tǒng)，對(duì)于天基測(cè)控系統(tǒng)的發(fā)展具有重要意義。當(dāng)前，相關(guān)研究專家已經(jīng)試驗(yàn)研究了基于北斗衛(wèi)星的空間飛行器天基測(cè)控系統(tǒng)，利用北斗衛(wèi)星系統(tǒng)的有效結(jié)合，對(duì)全球天基測(cè)控系統(tǒng)的飛行器進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)， 其中包括飛行軌跡、時(shí)序狀態(tài)以及設(shè)備實(shí)時(shí)工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)等內(nèi)容，從而實(shí)現(xiàn)了天基測(cè)控技術(shù)的功能優(yōu)化。以下圖1 基于北斗衛(wèi)星的空間飛行器天基測(cè)控系統(tǒng)為基于北斗衛(wèi)星的空間飛行器天基測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。

圖1 基于北斗衛(wèi)星的空間飛行器天基測(cè)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

通過圖1進(jìn)行分析，系統(tǒng)主要包括監(jiān)控中心系統(tǒng)、全球天基測(cè)控飛行器系統(tǒng)以及北斗衛(wèi)星系統(tǒng)三部分組成，通過系統(tǒng)三部分的連接工作，實(shí)現(xiàn)北斗衛(wèi)星定位系統(tǒng)與空間飛行器天基測(cè)控系統(tǒng)的有效結(jié)合。在北斗衛(wèi)星空間飛行器天基測(cè)控系統(tǒng)具體功能實(shí)現(xiàn)中，在天基測(cè)控系統(tǒng)中安裝有北斗衛(wèi)星測(cè)控終端以及相控陣天線，從而實(shí)現(xiàn)了天基測(cè)控系統(tǒng)與北斗衛(wèi)星之間的聯(lián)系，并且通過相控陣天線來完成數(shù)據(jù)獲取和指令傳輸。另外，北斗衛(wèi)星還與地面站監(jiān)控系統(tǒng)相互聯(lián)系，地面站監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了衛(wèi)星的良好定位和命令發(fā)送，從而實(shí)現(xiàn)地面系統(tǒng)與飛行器天基測(cè)控系統(tǒng)之間的聯(lián)系。在整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)中北斗衛(wèi)星系統(tǒng)起到了中繼站的作用，加強(qiáng)了空間飛行器天基測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通信效率以及數(shù)據(jù)通訊安全。以下是對(duì)基于北斗衛(wèi)星的空間飛行器天基測(cè)控系統(tǒng)的具體分析。

3.1 地面監(jiān)控系統(tǒng)

在基于北斗衛(wèi)星的空間飛行器天基測(cè)控系統(tǒng)正常運(yùn)行工作中，地面監(jiān)控系統(tǒng)起到了非常關(guān)鍵的作用。其主要功能就是為了實(shí)現(xiàn)地面監(jiān)控站中心與北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)之間的聯(lián)系，從而對(duì)空間飛行器天基系統(tǒng)參數(shù)回來的監(jiān)控信息進(jìn)行接收、分析、研究以及儲(chǔ)存，并且客觀的分析天基測(cè)控系統(tǒng)飛行器裝置的具體工作狀態(tài)。而地面監(jiān)控系統(tǒng)完成數(shù)據(jù)分析以及飛行器分析之后，根據(jù)分析結(jié)果回傳正確的執(zhí)行指令，完成地面控制工作。

3.2 北斗衛(wèi)星系統(tǒng)

在整個(gè)北斗衛(wèi)星的空間飛行器天基測(cè)控系統(tǒng)中，北斗導(dǎo)航系統(tǒng)中的北斗衛(wèi)星起到了天基中繼的作用，對(duì)信息進(jìn)行中轉(zhuǎn)處理和發(fā)送。在基于北斗衛(wèi)星的空間飛行器天基測(cè)控系統(tǒng)結(jié)合研究中發(fā)現(xiàn)，單獨(dú)的一顆北斗衛(wèi)星不足以滿足天基測(cè)控系統(tǒng)全部飛行器的鏈接覆蓋，所以在實(shí)際的設(shè)計(jì)中將所有的北斗導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星都計(jì)算在天基測(cè)控系統(tǒng)之內(nèi)，從而實(shí)現(xiàn)北斗導(dǎo)航系統(tǒng)衛(wèi)星能夠?qū)υ旎鶞y(cè)控系統(tǒng)的飛行器進(jìn)行全面的連接和覆蓋，從而保證飛行器獲取信息更加全面。

3.3 天基空間飛行器系統(tǒng)

天基空間飛行器系統(tǒng)原太基測(cè)控系統(tǒng)的升級(jí)版，其升級(jí)內(nèi)容主要包括兩個(gè)方面。其一，天基測(cè)控系統(tǒng)中安裝應(yīng)用了北斗衛(wèi)星通信終端北斗衛(wèi)星通信終端，極大程度上解決了傳統(tǒng)全球天基測(cè)控系統(tǒng)的通訊質(zhì)量不佳的問題，也保證了天基測(cè)控系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸更加高效也更加安全。其二，天基測(cè)控系統(tǒng)中安裝應(yīng)用了線控陣天線，也能夠?qū)崿F(xiàn)指令發(fā)送和接收功能。

天基空間飛行器系統(tǒng)中應(yīng)用了北斗衛(wèi)星通信模塊以及相控陣天線技術(shù)，完成了以下幾方面功能提升；1.對(duì)飛行器飛行位置進(jìn)行合理的判斷，并合理的計(jì)算出天線指向角。2.對(duì)全球天基測(cè)控系統(tǒng)的整體工作數(shù)據(jù)進(jìn)行有效的收集，其中包括飛行器位置、速度、姿態(tài)、工作參數(shù)等數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)傳輸給北斗中繼站，最終傳輸?shù)降孛嫦到y(tǒng)。

4 結(jié)束語

本文筆者詳細(xì)分析基于北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的全球天基測(cè)控，分析系統(tǒng)的具體組成和功能。通過北斗導(dǎo)航系統(tǒng)的結(jié)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了全球天基測(cè)控技術(shù)的升級(jí)，完成數(shù)據(jù)傳輸優(yōu)化和測(cè)控優(yōu)化。希望本文能夠?qū)诒倍穼?dǎo)航系統(tǒng)的全球天基測(cè)控技術(shù)發(fā)展有所幫助。