[發明專利]用于深空探測小衛星的測控通信系統及方法

有效

• 申請號: 202010715137.0
• 申請日: 2020-07-23
• 公開（公告）號: CN111786720B
• 公開（公告）日: 2022-03-15
• 發明（設計）人: 黃江江;張月婷;王亞敏
• 申請（專利權）人: 中國科學院微小衛星創新研究院;上海微小衛星工程中心
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 代理公司: 上海智晟知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31313
• 代理人: 李鏑的

本發明提供了一種用于深空探測小衛星的測控通信系統及方法，其用于包括火星、木星探測在內的超遠程通信場景，包括：4副天線、1個單刀三擲微波開關、1個雙刀雙擲微波開關、2個雙工器、2臺功放、2個微波網絡和2臺深空應答機。每副天線均可同時用于發射和接收信號；其中1副低增益天線、1副中增益天線和1副高增益天線布置于對地面，另1副低增益天線布置于對天面。兩副低增益天線用于近地段通信，以及用于遠地段姿態異常情況下的應急通信；中增益天線用于遠地段姿態稍有偏轉時的測控通信；高增益天線用于遠地段姿態準確對地時的測控通信。兩臺功放均設置高低兩檔發射功率，低功率用于近地段通信，高功率用于遠地段通信。

技術領域

本發明涉及深空探測技術領域，特別涉及一種用于深空探測小衛星的測控通信系統及方法。

背景技術

測控通信系統應用于小行星探測、火星探測等深空探測衛星中，是衛星與地面之間的遙控指令、遙測信息和載荷探測數據的傳輸通道，配合地面測控網實現對衛星的跟蹤、遙測、遙控、測定軌和載荷數據傳輸。

現有的用于深空探測航天器的測控通信系統方案有一些不足之處，例如：

某火星探測深空航天器的分階段多碼率自適應測控系統有3個不足之處：

一是天線數量較多，總共需要6副天線，包括4副低增益(寬波束)天線。衛星表面通常需要放置通信天線、太敏、星敏、太陽帆板、推進器和各種載荷儀器等多種設備。小衛星的星體表面積都比較小，而低增益寬波束天線又需要很寬的視場，對小衛星的星體布局帶來較大困難；

二是中增益天線設計成只用于發射，不能用于接收，不利于中等距離階段及遠距離階段姿態側偏模式下的測控通信；

三是功放數量較多，總共需要4臺功放，不適合追求低成本小型化設計的小衛星平臺。

某方案只使用一種低增益寬波束天線，只適用于星地距離為千萬km量級以下的應用場景，無法應用于包括火星探測在內的超遠程通信場景；此外，該方案兩臺應答機的發射機與兩臺大功率放大器之間沒有微波網絡，無法實現交叉連接備份，無法應對發射機與大功率放大器之間的雙點故障。

某方案接收天線只有一副低增益寬波束天線，如果姿態發生故障，比如該天線背向地球，則無法實現遙控通信。此外，該方案的高增益天線只用于發射，即便姿態正常時，也無法使用高增益天線進行相對高碼率的數據注入。

發明內容

本發明的目的在于提供一種用于深空探測小衛星的測控通信系統及方法，以解決現有方案因天線和功放數量多導致無法實現小型化低成本且星體布局困難的問題。

本發明的目的還在于提供一種用于深空探測小衛星的測控通信系統及方法，以解決現有方案中部分中高增益天線無法用于接收、天線增益低故無法支持超遠程通信、發射通道與大功率放大器之間無法實現交叉連接備份、應急通信時無法形成全向波束覆蓋等問題。

為解決上述技術問題，本發明提供一種用于深空探測小衛星的測控通信系統及方法，其用于包括火星、木星探測在內的超遠程通信場景，包括：

1副低增益天線布置于對地面，1副低增益天線布置于對天面；兩副低增益天線用于近地段通信，以及用于遠地段姿態異常情況下的應急通信；

1副中增益天線布置于對地面，中增益天線用于遠地段姿態稍有偏轉時的測控通信；

1副高增益天線布置于對地面，高增益天線用于遠地段姿態準確對地時的測控通信；

兩臺功放均設置高低兩檔發射功率，低功率功放用于近地段通信，高功率功放用于遠地段通信。

可選的，在所述的用于深空探測小衛星的測控通信系統中，4副天線中：

對地高增益天線、對地中增益天線及對地低增益天線，分別連接單刀三擲微波開關的第一端；