[發明專利]一種深空數據傳輸窗口確定方法及裝置

在審

• 申請號: 202210156662.2
• 申請日: 2022-02-21
• 公開（公告）號: CN114675348A
• 公開（公告）日: 2022-06-28
• 發明（設計）人: 梁爽;李斌;陳俊剛;劉曉輝;費江濤;金文馬;劉辛;李曉平;張朕;莫開勝;帥曉飛;王騰;劉志芳
• 申請（專利權）人: 北京航天飛行控制中心
• 主分類號: G01W1/08
• 分類號: G01W1/08;G01W1/10;G01S3/32;G05D3/12
• 代理公司: 北京三友知識產權代理有限公司 11127
• 代理人: 崔博;葉明川

本發明實施例提供一種深空數據傳輸窗口確定方法及裝置，所述方法包括：在常規指向區間集合中獲取測控設備標識和常規指向區間、在下行指向區間集合中獲取測控設備標識和下行指向區間，以及在上行指向區間集合中獲取測控設備標識和上行指向區間；根據基準時延參數、所述常規指向區間集合中的測控設備標識和常規指向區間，確定基準窗口。所述裝置執行上述方法。本發明實施例提供的深空數據傳輸窗口確定方法及裝置，能夠方便快速地確定深空數據傳輸窗口，并便于工程實現。

技術領域

本發明涉及航空技術領域，具體涉及一種深空數據傳輸窗口確定方法及裝置。

背景技術

深空探測是人類航天技術發展的高級階段，也是人類進一步了解宇宙、探索生命的起源和演化、獲取更多科學認識、開發和利用空間資源的重要手段，對科技進步和人類文明的發展具有極為重要的意義。在人類進行的深空探測活動中，深空天體目標大多數與地球相距遙遠，以火星為例，由于相隔遙遠，深空探測器(與探測器含義相同)飛行時間長，并且電磁信號傳輸時延很長。此外，深空探測任務所處環境動態多變，導致深空探測器的操作和控制與近地軌道衛星存在很大的區別，例如深空探測器飛行姿態影響、天體空間遮擋、上傳指令延遲大、地面測控精度差、數據傳輸碼率低、安全自主保證難等多方面問題。

因此，地面測控設備(與測控設備含義相同)在觀測深空探測器時，不僅需要隨時調整天線指向，確保以最大能量發送/接收信號，還需要同時考慮地面測控設備的地球遮擋和深空探測器的目標天體遮擋，其復雜度遠遠高于近地觀測。

對縮略語和關鍵術語說明如下：

通信時延：指電磁信號在發射(探測器或測控設備)和接收(探測器或測控設備)之間傳播的時間間隔。

測控弧段：是指探測器在軌飛行時，地面測控設備能觀測到探測器的時間范圍。在測控區間范圍內，探測器上安裝的天線終端指向地面測控設備，地面測控設備可接收探測器下傳的數據；完成雙捕后，地面可以向探測器發送上行指令、上注飛行參數等數據，對探測器進行測控。

上行：是指探測器進入測控設備的測控弧段內，通過測控設備向探測器發送遙控指令和注入數據信息，用以對探測器實施控制。

下行：是指探測器進入測控設備的測控弧段內，通過測控設備接收探測器發送的遙測等下行信息，用以確定探測器的工作狀態。

引導數據：是指向測控設備提供的探測器位置、速度、距離等信息，用于引導測控設備的天線指向預定的空間，以便對探測器實現捕獲、跟蹤。

天線指向使用原則

鑒于深空探測任務存在大時延影響，地面測控設備跟蹤天線的指向方式主要包括：常規指向、地面接收指向、地面發送指向三種不同方式，如圖1所示，說明如下：

常規指向：天線在當前時刻指向當前時刻t探測器所在位置。

地面接收指向：在當前時刻t，地面接收到的信號是探測器在t-τ₁時刻發出的，其中，τ₁是器地間的通信時延1，因此，天線應指向t-τ₁時刻探測器所在位置，可保證地面站接收下行信號功率最大。

地面發送指向：在當前時刻t，地面發送的信號將在t+τ₂時刻到達探測器，其中，τ₂是器地間的通信時延2，因此，天線應指向t+τ₂時刻探測器所在位置，可保證器上接收上行信號功率最大。

(一)測控設備仰角及時刻

1)跟蹤最低仰角

表示測控設備實施跟蹤任務所需的最低仰角，記為E_T。

進站跟蹤最低仰角時刻：單個測控區間進站方向首個滿足跟蹤最低仰角的時刻記為T_AI。