[發明專利]一種適用于環火大橢圓軌道的多體制多模式中繼通信方法

在審

• 申請號: 202111101106.7
• 申請日: 2021-09-18
• 公開（公告）號: CN113904708A
• 公開（公告）日: 2022-01-07
• 發明（設計）人: 張婷;韓宇;孫澤洲;強暉萍;雪霽;白帆;吉龍
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: H04B7/155
• 分類號: H04B7/155;H04W88/10;H04B1/40
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張歡

一種適用于環火大橢圓軌道的多體制多模式中繼通信方法，包括步驟如下：當著陸巡視器進入離軌著陸段時，著陸巡視器背罩分離前采用進入艙與環繞器通信，背罩分離后采用火星車與環繞器通信；環繞器和著陸巡視器在離軌著陸段的中繼通信采用UHF頻段、單工的通信模式；當著陸巡視器處于火星表面工作段時，將環繞器和著陸巡視器的火星表面通信過程分為近火弧段和遠火弧段中繼通信，環繞器和著陸巡視器在近火弧段采用UHF頻段，全雙工的自主通信模式進行通信；環繞器和著陸巡視器在遠火弧段時，前向指令發送使用UHF頻段單工通信模式進行，返向數據傳輸使用X頻段通信模式進行。本發明解決了火星探測EDL段、火面段中繼通信連續性、可靠性及數據量問題。

技術領域

本發明涉及一種適用于環火大橢圓軌道的中繼通信方法。

背景技術

在火星等行星探測任務中，探測器系統一般分為環繞器及著陸巡視器。著陸巡視器又包括進入艙及火星車等，進入艙主要用于探測器著陸段，由背罩、著陸平臺及大底組成?；鹦擒囋诨鹦潜砻鎴绦刑綔y任務時，需要及時通過對地及對環繞器的通信鏈路，上注指令控制火星車在火面的移動、感知等行為，同時傳回表征火星車自身健康情況的工程遙測及科學探測圖像和數據。對地直接通信在火星等行星探測任務中存在一定的局限性。首先，火星對地通信距離遙遠，信號能量衰減嚴重，傳輸延時長；其次，由于重量功耗體積等資源受限，攜帶的通信天線及功率放大器都不能滿足對地高速數據傳輸的需求，由于火星自轉影響，以及環繞器的位置相對著陸巡視器的變化，通信鏈路均不能連續。

而火星著陸巡視器和環繞器之間的路徑短，通常只有幾百到幾千公里，器間中繼通信短時間內可完成，對信號的發射功率要求低，因此，通過與環繞器間的中繼鏈路進行通信是火星探測數據傳輸的優選方式。

美國在火星探測任務中，在火星探路者(PATHFINDER)、火星全球勘測者(MGS)、奧德賽(ODSSEY)、以及勇氣號、機遇號、好奇號、毅力號火星車等任務中，均應用了火星車與環繞器之間的中繼鏈路。美國火星中繼通信任務從MGS開始采用UHF無線電中繼系統，中繼系統由UHF天線、信標發射機和UHF接收機組成。

美國已發射并在軌應用的火星探測中繼通信中，僅采用了UHF頻段進行中繼通信，信道類型和中繼通信模式比較單一。UHF頻段由于頻段低，波長較長，通信易受到火星車表面安裝設備、火星車姿態以及火星表面地形的影響。同時，為適應火星車在火面行走階段，需應對的各種姿態變化對通信的影響，火星車和環繞器一般均采用寬波束全向(或準全向)天線提高天線波束的覆蓋率。全向天線增益低，在兩器距離較遠時可獲得的信道碼速率非常低，無法滿足載荷大量科學探測數據及圖像即時傳回地面的需求。

在中繼軌道特性方面，美國火星探測一般采用兩次發射模式，當著陸器經歷火星大氣進入等復雜EDL(進入、下降、著陸)過程時，環繞器已在環火軌道上“等待多時”，具備了提供EDL段通信的最優條件。而我國火星探測任務由于是一次“繞、落、巡”，在著陸巡視器落火前需經歷與環繞器的兩器分離、環繞器的升軌調姿，導致EDL段通信鏈路很難保持連續不間斷。同時，著陸巡視器落火后，由于環繞器軌道特性及火星自轉，基本已不具備中繼通信條件，使得落火關鍵信息無法及時下傳地面進行下一步工作決策。

發明內容

本發明技術解決問題：本發明結合火星等深空探測任務中，通信距離遠、時延大，時序復雜，動態大等特點，公開了一種適用于環火大橢圓中繼軌道的多體制、多模式中繼通信方法，采用依據鄰近鏈路協議支持的具備全過程自主管理功能的UHF頻段器間中繼通信鏈路，并將X頻段對地下行鏈路進行器間中繼復用，采用高增益窄波束天線用于器間中繼鏈路，進行火面中繼數據傳輸。解決了火星探測中繼通信鏈路不連續、實時操控性差、誤碼率高等問題，實現了探測器工程遙測及科學數據可靠、自主、有效進行傳輸，大幅度提高了中繼通信數據傳輸的穩定性和數據傳輸量。

本發明的技術解決方案是：一種適用于環火大橢圓軌道的多體制多模式中繼通信方法，包括步驟如下：

當著陸巡視器進入離軌著陸段時，環繞器和著陸巡視器的通信方法如下：