[發(fā)明專利]LEO至HEO多軌道衛(wèi)星測控系統(tǒng)及方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202010553282.3
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111679300B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黃江江;賈鉑奇;張月婷
• 申請（專利權(quán)）人: 中國科學(xué)院微小衛(wèi)星創(chuàng)新研究院;上海微小衛(wèi)星工程中心
• 主分類號: G01S19/23
• 分類號: G01S19/23
• 代理公司: 上海智晟知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 李鏑的

本發(fā)明提供了一種LEO至HEO多軌道衛(wèi)星測控系統(tǒng)及方法，所述LEO至HEO多軌道衛(wèi)星測控系統(tǒng)包括測定軌模塊、第一遙測模塊、第二遙測模塊及遙控模塊，其中：所述測定軌模塊被配置為USB測定軌結(jié)合GNSS測定軌的方式；所述遙控模塊被配置為以兩副測控收發(fā)天線合路實現(xiàn)全球波束覆蓋，在所有軌道運行階段接收遙控信號；所述第一遙測模塊被配置為以兩副所述測控收發(fā)天線合路實現(xiàn)全球波束覆蓋，在LEO軌道及變軌早期階段發(fā)射小功率遙測信號；所述第二遙測模塊被配置為單天線發(fā)射模式實現(xiàn)半球波束覆蓋，并通過兩副所述測控發(fā)射天線切換實現(xiàn)分時全球波束覆蓋，在變軌后期階段及HEO軌道階段發(fā)射大功率遙測信號。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及觀測衛(wèi)星技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種LEO至HEO多軌道衛(wèi)星測控系統(tǒng)及方法。

背景技術(shù)

近年來，我國啟動了一系列空間科學(xué)天文觀測衛(wèi)星工程項目，并積極與國際(主要以歐空局ESA為代表)合作，共同開拓人類對空間天文認(rèn)知的邊界。比如SVOM衛(wèi)星、EP衛(wèi)星、ASOS衛(wèi)星、MIT星座、SMILE(太陽風(fēng)-磁層相互作用全景成像，Solar?wind?MagnetosphereIonosphere?Link?Explorer，簡稱SMILE)衛(wèi)星等。其中有部分衛(wèi)星科學(xué)觀測任務(wù)段需要從近地軌道(LEO)至高橢圓軌道(HEO)，如：磁層-電離層-熱層耦合小衛(wèi)星星座探測計劃(簡稱MIT星座)，衛(wèi)星工作軌道由LEO轉(zhuǎn)移至近地點為1Re(地球半徑)，遠(yuǎn)地點為7Re的HEO任務(wù)軌道；SMILE衛(wèi)星工作軌道由LEO轉(zhuǎn)移至近地點為5000km，遠(yuǎn)地點為19Re的HEO任務(wù)軌道。該類衛(wèi)星從初始LEO軌道到最終HEO任務(wù)軌道的轉(zhuǎn)移過程中存在大尺度星地距離變化和不同階段衛(wèi)星姿態(tài)指向變化的情況，到達(dá)最終HEO軌道之后的整個任務(wù)運行期間同樣存在該情況。

目前，我國已成功開展多顆基于LEO軌道的科學(xué)觀測/探測衛(wèi)星任務(wù)，如全球二氧化碳監(jiān)測衛(wèi)星、“悟空”暗物質(zhì)探測衛(wèi)星、“太極一號”微重力探測衛(wèi)星等。成熟應(yīng)用于該類衛(wèi)星的常規(guī)測控方案存在一定局限性，無法直接應(yīng)用于后續(xù)正在全面實施中的基于LEO～HEO多軌道任務(wù)的衛(wèi)星。本發(fā)明對現(xiàn)有基于LEO軌道任務(wù)衛(wèi)星的傳統(tǒng)測控系統(tǒng)方案進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計，為基于LEO～HEO多軌道任務(wù)的衛(wèi)星提供測控系統(tǒng)解決方案。

常規(guī)型USB(Unified?S-Band，統(tǒng)一S波段)體制測控方案是目前國際通用的測控方案，下面對該體制方案進(jìn)行簡要介紹，并分析其應(yīng)用于LEO～HEO測控任務(wù)存在的問題。常規(guī)型S頻段統(tǒng)一載波測控系統(tǒng)組成如圖1所示。

由圖1可知，常規(guī)型衛(wèi)星平臺統(tǒng)一載波測控系統(tǒng)由2副測控天線、1個微波網(wǎng)絡(luò)、2臺USB應(yīng)答機、1副或2副GPS接收天線和1臺GPS接收機組成，其中測控天線收發(fā)共用，天線1對天+Z向安裝，天線2對地-Z向安裝；4端口微波網(wǎng)絡(luò)2端連接對天/對地天線，另2端連接應(yīng)答機，實現(xiàn)對空間的近全向覆蓋；兩臺收發(fā)合一的應(yīng)答機設(shè)計完全一致，由雙工器、接收機和發(fā)射機組成，兩臺應(yīng)答機中的接收機互為熱備份，發(fā)射機互為冷備份；GPS接收機接收導(dǎo)航星信號進(jìn)行定位定軌，作為衛(wèi)星測定軌的輔助手段。

LEO～HEO測控任務(wù)的特點體現(xiàn)在：衛(wèi)星運行軌道距離遠(yuǎn)-近變化大，軌道運行過程復(fù)雜；由于觀測任務(wù)需要，衛(wèi)星姿態(tài)變化較大，對地姿態(tài)較少，要求衛(wèi)星在軌工作全過程全空間對地可實時測控；根據(jù)該類衛(wèi)星測控任務(wù)特點，在LEO～HEO測控任務(wù)中，采用常規(guī)型測控方案，會存在如下幾方面問題：

(1)衛(wèi)星在軌飛行過程中，衛(wèi)星可能存在長時間側(cè)偏對地情況。而常規(guī)型測控方案通過微波網(wǎng)絡(luò)將對天/對地天線進(jìn)行組陣，組陣后的天線方向圖，如圖2所示，在側(cè)偏近水平方向±15°內(nèi)會形成干涉區(qū)，干涉區(qū)內(nèi)的天線合成增益會存在多個凹陷區(qū)，影響鏈路的可靠性，不能滿足LEO～HEO測控要求。