[发明专利]测控通信系统多场景随遇接入方法

说明书

本发明公开的测控通信系统多场景随遇接入方法，旨在解决现有计划接入测控手段无法适应未来航天系统的测控需求问题。通过下述技术方案予以实现：若应用场景为多波束全空域扫描接入方式，则航天器持续性发送遥测信号，测控通信系统调用扫描波束进行全空域目标搜索，对接收的遥测信号进行识别，若为合作航天器，则向该航天器发射遥控信号；若应用场景为全向天线辅助接入方式，则航天器周期性地发射接入信标，获取航天器遥测信号参数及星历数据，并将该信息发送至测控通信系统，调用跟踪波束对航天器发送的遥测信号进行捕获、跟踪及解调，并将解调后的数据通过光纤发送至测控中心，测控中心生成遥控指令，通过测控通信系统发送至航天器，完成随遇接入。

技术领域

本发明涉及一种主要用于航天测控通信领域，针对天地一体化网络高效灵活运行需求，设计的测控通信系统多场景随遇接入方法，同时该方法亦可应用于无人机测控、态势感知领域。

背景技术

随着在轨航天器商业、事需求的快速增长，以商业用途为主的中小型航天器系统多采用星座部署式的系统架构，卫星数量急剧增多。2015年6月，美国北方天空研究所咨询公司发布第二版《微纳卫星市场》报告，预测未来十年全球将发射100Kg以下微纳卫星超过2500颗。另外，针对商业低轨5G通信、导航卫星系统理念的发展需求，低轨星座需要部署成百上千颗卫星才能实现通信、定位信号的全球覆盖。以“铱星”系统为例，其卫星数量为66颗。除此之外，Oneweb公司于2015年1月宣布与维珍公司、高通公司建立合作关系，建立由648颗低轨卫星星座组成的全球宽带互联网，其数量比铱星多10倍；SpaceX公司在Google公司的支持下也在寻求建立由超过4000颗低轨卫星组成的通信、导航全球宽带互联网卫星系统。基于各类星座部署方案的中小型卫星系统虽然可以对通信、导航、授时以及侦察等多种业务提供有效支撑，但测通信控系统却面临着前所未有的挑战，采用传统的计划测控手段已无法适应未来航天系统的测控需求。

为保证大规模在轨航天器的综合测控业务需求，天地一体化测控体制必然是未来航天系统综合测控网的发展趋势。在地面测控网方面，基于共形阵列天线和数字多波束形成技术的单站式地面测控系统具备同时全空域多目标航天器的测控及运管能力，是日后地面测控网建立的主流发展方向。美国空军卫星测控网已经开展网格球顶相控阵天线的研究，并在现有设备和14颗不同轨道卫星的配合下，验证了该测控系统的TT&C功能以及7个关键性能参数的评估。借助数字波形合成技术，全空域多目标测控天线可以实现天线波束方向的快速切换与稳定跟踪，结合测控中心下传的控制指令实现单站的多目标测控业务。

近年来移动互联网得到了飞速发展，移动互联网的核心技术之一即是移动接入技术。类似的，空间中的各个组件、节点，其相对时空关系也是不断发生变化的。这是随遇接入技术的关键属性之一。鉴于场景对目标扫描需求，测控通信系统需要全天候不间断工作，系统功耗较大；测控通信系统调用扫描波束实现全空域搜索，应具备波束优化搜索及跟踪能力；接入过程需对目标参数进行估计，对设备资源要求较高。接入目标周期性发射信标，信号很容易被截获，安全性得不到保障，因此此场景需要采取强加密及认证措施。

考虑到未来在轨卫星数量的急剧增多，为了减轻测控中心及各测控站的人力、物力的运营管理成本，提升天地一体化测控通信网络的运行效率，测控通信系统需要具备可见航天器的自主随遇接入功能，并在此基础上建立以测控中心为中心节点的地基综合测控通信网。现有计划接入测控手段无法适应未来航天系统的测控需求问题，测控通信系统随遇接入场景设计及其接入方法，是实现空天飞行器随遇接入的重要研究方向，目前在国内外均无相关研究文献报道。

发明内容

本发明是针对未来天地一体化网络灵活运行需求，提供一种能够高效利用多波束资源，快速响应测控任务的测控通信系统多场景随遇接入方法。