星載測(cè)控終端型譜化研究

管清華 郭志寧 王喜奎 方軼 崔佳

（1中國(guó)航天標(biāo)準(zhǔn)化研究所，北京，100071；2戰(zhàn)略支援部隊(duì)，北京，100193；3上海航天電子通訊設(shè)備研究所，上海，201109）

為適應(yīng)衛(wèi)星快速響應(yīng)需求，實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星批量生產(chǎn)、集中交付、高密度發(fā)射、可靠運(yùn)行、提高經(jīng)費(fèi)利用率，本文梳理了通信、偵察、遙感等領(lǐng)域衛(wèi)星型號(hào)對(duì)測(cè)控終端的應(yīng)用需求，在統(tǒng)籌現(xiàn)有成熟產(chǎn)品、在研產(chǎn)品和未來(lái)規(guī)劃產(chǎn)品的基礎(chǔ)上，規(guī)劃建立了星載測(cè)控終端型譜、終端功能單機(jī)型譜，作為后續(xù)星載測(cè)控終端和單機(jī)產(chǎn)品研發(fā)、狀態(tài)鑒定、選擇使用和更新?lián)Q代等工作的依據(jù)。

1 需求與現(xiàn)狀分析

1.1 現(xiàn)狀

目前，不同衛(wèi)星平臺(tái)在頻段、鏈路傳輸能力、抗干擾能力、測(cè)距能力、測(cè)控模式兼容性等方面有著不同的測(cè)控需求，為了滿足這些需求，星載測(cè)控終端呈現(xiàn)出狀態(tài)多樣性的特點(diǎn)：①頻段多樣性。星載測(cè)控終端所使用的頻段覆蓋了UHF/VHF、S、C、X、Ku、Ka等多個(gè)頻段，不同的衛(wèi)星型號(hào)根據(jù)產(chǎn)品基本情況和當(dāng)時(shí)歷史條件選擇不同的測(cè)控頻段。②測(cè)控?cái)?shù)據(jù)速率多樣性。既存在常規(guī)低速遙控遙測(cè)數(shù)據(jù)傳輸需求，也存在在原來(lái)基礎(chǔ)上擴(kuò)展的測(cè)控?cái)?shù)傳一體化體制（“數(shù)傳”指低速數(shù)傳，下同）中上下行高達(dá)1Mbps的測(cè)控?cái)?shù)據(jù)傳輸需求。③抗干擾能力多樣性。在非相干擴(kuò)頻體制下寬帶干擾抑制能力的基礎(chǔ)上，衛(wèi)星提出了對(duì)抗條件下更高的抗干擾能力需求，將寬帶抗干擾能力由15dB提高至45dB以上。④測(cè)量能力多樣性。目前統(tǒng)一載波體制下測(cè)距精度為10米左右，非相干擴(kuò)頻體制下測(cè)距精度為1米左右，為了適應(yīng)高軌衛(wèi)星高精度測(cè)定軌需求，提出了厘米級(jí)測(cè)距精度要求。⑤測(cè)控模式多樣性。目前測(cè)控有地基測(cè)控和中繼測(cè)控，多數(shù)星載測(cè)控終端為單模式測(cè)控，為優(yōu)化星上測(cè)控設(shè)備，提出了天地一體化測(cè)控、多模式集成的綜合測(cè)控需求。

此外，為了提升大規(guī)模星座的測(cè)控管理能力，提出了隨遇測(cè)控等新的測(cè)控能力需求，上述多種能力需求并存，進(jìn)一步增加了星載測(cè)控終端的多樣性。

1.2 問(wèn)題

作為衛(wèi)星平臺(tái)的關(guān)鍵設(shè)備，為適應(yīng)多樣性需求，星載測(cè)控終端產(chǎn)品線豐富、產(chǎn)品類型多樣，很好地滿足了不同衛(wèi)星的測(cè)控需求。但是目前未在測(cè)控終端層面建立型譜，衛(wèi)星型號(hào)使用的終端多為定制化設(shè)計(jì)、多樣化選用。型號(hào)與型號(hào)之間，特別是不同院所的衛(wèi)星型號(hào)之間，完成相同測(cè)控功能的終端，其研制要求和實(shí)現(xiàn)方案存在一定差異。上述差異引起性能指標(biāo)不同，不利于單機(jī)產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)固化與成熟度提升，在單機(jī)產(chǎn)品技術(shù)狀態(tài)控制、單機(jī)間匹配性測(cè)試、星地對(duì)接驗(yàn)證等環(huán)節(jié)增加了大量工作，亟需在終端層面建立型譜。

1.3 需求

1.3.1 低軌衛(wèi)星

低軌衛(wèi)星分為可加裝中繼功能的衛(wèi)星和不宜加裝中繼功能的衛(wèi)星。可加裝中繼功能的衛(wèi)星發(fā)射及早期軌道段測(cè)控功能需求為對(duì)地S頻段測(cè)控和中繼S頻段測(cè)控，在軌運(yùn)行段測(cè)控功能需求為對(duì)地S頻段測(cè)控、中繼S頻段測(cè)控、S頻段擴(kuò)跳頻測(cè)控和S頻段隨遇接入。不宜加裝中繼功能的衛(wèi)星發(fā)射及早期軌道段測(cè)控功能需求為對(duì)地S頻段測(cè)控，在軌運(yùn)行段測(cè)控功能需求為對(duì)地S頻段測(cè)控、S頻段擴(kuò)跳頻測(cè)控和S頻段隨遇接入。

1.3.2 高軌衛(wèi)星

高軌衛(wèi)星可分為可加裝中繼功能的衛(wèi)星、不宜加裝中繼功能的衛(wèi)星和具有高精度測(cè)控需求的衛(wèi)星?？杉友b中繼功能的衛(wèi)星發(fā)射及早期軌道段測(cè)控功能需求為對(duì)地S頻段測(cè)控和中繼S頻段測(cè)控，在軌運(yùn)行段測(cè)控功能需求為對(duì)地Ka頻段測(cè)控、對(duì)地S頻段測(cè)控和中繼S頻段測(cè)控。不宜加裝中繼功能的衛(wèi)星發(fā)射及早期軌道段測(cè)控功能需求為對(duì)地S頻段測(cè)控，在軌運(yùn)行段測(cè)控功能需求為對(duì)地Ka頻段測(cè)控和對(duì)地S頻段測(cè)控。具有高精度測(cè)控需求的衛(wèi)星發(fā)射及早期軌道段測(cè)控功能需求為對(duì)地S頻段測(cè)控和中繼S頻段測(cè)控，在軌運(yùn)行段測(cè)控功能需求為對(duì)地Ka或S頻段高精度測(cè)控和對(duì)地S頻段測(cè)控。

2 工作原則

按照“總結(jié)過(guò)去、支撐現(xiàn)在，引領(lǐng)未來(lái)”的基本原則，以“減、加、統(tǒng)”的思路，在現(xiàn)有航天科技集團(tuán)星箭產(chǎn)品型譜基礎(chǔ)上，對(duì)相關(guān)需求不符合項(xiàng)做減法，對(duì)2030年前能力增量做加法，綜合形成星載測(cè)控終端型譜。

3 命名規(guī)則

3.1 測(cè)控終端型譜特征參數(shù)確定

按測(cè)控終端的技術(shù)特征區(qū)分，將測(cè)控終端型譜的第一特征參數(shù)選擇為上下行工作頻段，分為S頻段和Ka頻段；第二特征參數(shù)選擇為測(cè)控體制方式，分為擴(kuò)頻調(diào)制和擴(kuò)跳頻調(diào)制；第三特征參數(shù)選擇為測(cè)控功能，包括非相干擴(kuò)頻測(cè)控、測(cè)控?cái)?shù)傳一體化、天地一體化測(cè)控、高精度測(cè)距測(cè)控、中繼測(cè)控、隨遇測(cè)控、綜合測(cè)控、高軌擴(kuò)跳頻測(cè)控、低軌擴(kuò)跳頻測(cè)控。

3.2 測(cè)控終端型譜代號(hào)編制說(shuō)明

測(cè)控終端型譜代號(hào)由產(chǎn)品名稱代號(hào)、特征代號(hào)組成，其形式如圖1所示。測(cè)控終端名稱代號(hào)規(guī)定為由測(cè)控終端的漢語(yǔ)拼音首字母組成，即CKZD。測(cè)控終端特征代號(hào)用3位數(shù)字表示，第1位表示工作頻段，第2位表示工作體制，第3位表示測(cè)控功能，具體代碼見(jiàn)表1～表3。例如，CKZD-332代表S頻段天地一體化測(cè)控終端，CKZD-745代表Ka頻段高軌擴(kuò)跳頻測(cè)控終端。

圖1 型譜代號(hào)示意圖

表1 工作頻段代碼

表2 工作體制代碼

表3 測(cè)控功能代碼

4 測(cè)控終端型譜

測(cè)控終端在衛(wèi)星與測(cè)控地面站、中繼星之間提供雙向信息傳輸信道，配合測(cè)控地面站、中繼星共同完成對(duì)衛(wèi)星的跟蹤、測(cè)量、遙控、遙測(cè)等任務(wù)。根據(jù)衛(wèi)星測(cè)控終端應(yīng)用需求確定測(cè)控終端類型，按照頻段、體制、功能3個(gè)層級(jí)對(duì)測(cè)控終端類型進(jìn)行劃分。其中，按頻段可分為S頻段和Ka擴(kuò)頻；按體制可分為擴(kuò)頻和擴(kuò)跳頻；按功能還可細(xì)分為對(duì)地非相干擴(kuò)頻測(cè)控終端、對(duì)地測(cè)控?cái)?shù)傳一體化終端、天地一體化測(cè)控終端、對(duì)地高精度測(cè)距測(cè)控終端、中繼測(cè)控終端、隨遇測(cè)控終端、綜合測(cè)控終端、擴(kuò)跳頻測(cè)控終端等。測(cè)控終端型譜見(jiàn)表4。

表4 測(cè)控終端型譜

本文梳理了通信、偵察、遙感等領(lǐng)域衛(wèi)星型號(hào)對(duì)測(cè)控終端的應(yīng)用需求，規(guī)劃建立了星載測(cè)控終端型譜，為后續(xù)星載測(cè)控終端和單機(jī)的產(chǎn)品研發(fā)、狀態(tài)鑒定、選擇使用和更新?lián)Q代等工作奠定了基礎(chǔ)。