[发明专利]火星探测深空航天器的分阶段多码率自适应测控系统

说明书

技术领域

本发明涉及火星探测深空航天器的对地通信技术，尤其为一种可以用于从地球发射直至环绕火星运行轨道距离内，深空航天器全过程、不间断对地遥控、遥、测距电子设备的系统，具体涉及火星探测深空航天器的分阶段多码率自适应测控系统。

背景技术

航天器在太空中工作时，需要地面进行遥控、遥测、测距等工作。要完成上述工作，航天器内应当配置有相应的系统。在现有地球卫星测控技术中，航天器的测控采用了固定码率遥控，并且测控模式固定，与通信距离无关。即航天器测控分系统采用固定遥控、遥测码率工作，并且不按星地通信距离变化进行分级控制。

随着我国航天技术的发展，需要开展火星探测深空航天器的研制，完成从地球轨道到火星轨道全过程的测控。由于深空航天器的各种条件限制，能够提供给测控电子设备的资源有限。因此，若能按飞行距离远近进行分阶段测控、并实现上行码率的自适应和下行输出功率的接力控制，将极大地降低电子设备的资源需求，满足火星探测深空航天器对测控的特殊要求。

此外，国内现有的航天器只具备较短距离（距离地球150万公里以内）的测控通信能力，不具备火星轨道最远达4亿公里量级距离的测控能力。本发明可以拓展深空探测的测控距离能力。

发明内容

本发明的目的是实现火星探测深空航天器的测控功能，满足了火星探测深空航天器的全过程遥控、遥测、测距等要求，降低了测控设备的资源需求，提高航天器对地通信的可靠性。最终达到降低航天器研制成本、提高火星探测深空航天器总体可靠性等有益效果。

根据本发明的一个方面，提供一种火星探测深空航天器的分阶段多码率自适应测控系统,包括X频段深空应答机、高稳定频率源、X频段固态功放、X频段大功率行波管、输出多工器、输入低噪声放大接收单元、宽波束低增益接收天线、宽波束低增益发射天线、中增益发射天线、二维驱动高增益测控天线、波导开关，其中：

二维驱动高增益天线具有独立的输入、输出口，宽波束低增益天线、高增益天线输出口接输入低噪声放大接收单元，低噪声放大单元接深空应答机输入端，

近距离通信时，X频段深空应答机输出端接输出多工器，输出多工器分别接两个X频段固态功放，X频段固态功放接再输出多工器，输出多工器接两个宽波束低增益发射天线，

远距离通信时，X频段深空应答机输出端接输出多工器，输出多工器分别接两个X频段大功率行波管，X频段大功率行波管接波导开关，波导开关接中增益发射天线和高增益测控天线的输入口。

优选地，在距离地球0到150万公里以内，采用宽波束低增益接收天线、宽波束低增益发射天线、X频段深空应答机、X频段固态功放进行航天器测控。

优选地，在距离地球150万公里到4亿公里内，采用二维驱动高增益测控天线、X频段深空应答机、X频段大功率行波管进行航天器测控。

优选地，在距离地球150万公里到4亿公里内，应急测控，上行采用宽波束低增益接收天线、下行采用中增益发射天线、X频段深空应答机、X频段大功率行波管进行航天器测控。

优选地，航天器能根据地面发送的引导码自动设定接收通道参数，适应不同码率信号；上行码率分7.8125bps、125bps、1000bps三档可变。

优选地，接收地球站上行信号的灵敏度门限值优于-155dBm；下行固态放大器输出功率不小于10W；行波管放大器输出功率不小于65W；航天器的遥测码速率在8bps-1024bps之间可变。

在一个优选的具体实施方式中，本发明为解决其技术问题所采用的技术方案是提供一种全新的设计技术，将各种测控参数按距离远近进行分阶段调整。该系统包括：高灵敏度X频段深空应答机、高稳定频率源、X频段固态放大器、X频段大功率行波管、高灵敏度低噪声接收单元、输出多工器、宽波束低增益接收天线、宽波束低增益发射天线、中增益发射天线、二维驱动高增益定向测控天线、波导开关等设备。整个分系统配置宽波束低增益全向接收天线、低增益发射天线的波束均为±90°、增益不小于-5dBi；中增益发射天线的波束±50°、增益不小于5dBi；二维驱动高增益测控天线，波束指向控制范围±50°、增益不小于38dBi；应答机接收上行信号功率门限优于-155dBm；X频段固态放大器，输出功率不小于10W；X频段大功率行波管放大器，输出功率不小于65W；高稳定度的频率基准，稳定度优于1×10^-12/天、1×10^-13/s。

附图说明

图1为本发明分阶段多码率自适应接力测控设计总图；