[发明专利]建立飞行器与地面站测控通信链路的方法

说明书

本发明公开的一种建立飞行器与地面站测控通信链路的方法，旨在提供一种建链效率高，物理资源消耗小的通信链路建立方法。本发明通过下述技术方案予以实现：飞行器和地面站分别配置发送端状态机和接收端状态机，每一组接收、发送状态机内部存储有多组相互匹配的链路参数，利用状态信息进行标示，基于短帧交互构建应答机制，通过状态询问和状态应答方式独立完成上、下行建链；飞行器/地面站发送端状态机向地面站/飞行器发送交互短帧，发起基于状态轮询的状态询问，地面站/飞行器解析出接收到的交互短帧，向飞行器/地面站进行基于状态轮询的状态应答；当飞行器/地面站收到来自地面站/飞行器的匹配状态应答，建立测控通信链路的上、下行传输链路。

技术领域

本发明涉及一种基于状态轮询的飞行器与地面站测控通信链路建立方法。

背景技术

随着地基和天基航天、航空系统的部署与发展和空中移动探测领域的研究水平的不断提高，测控系统面临着前所未有的挑战。目前研究主要集中在，飞行器平台的制作，包括控制系统的研究以及地面基站的研究，航天测控领域仍然存在诸多问题，具体体现为：

1)一体化综合化网络化进展缓慢，系统弹性不够，扩展和重构困难，资源使用效率低下；同时多目标服务能力和数据传输速率尚有差距；

2)需要建设在轨服务与维护的测控通信支持能力；

3)由于传统导航系统的正常运行对地面站的依赖性很强，主要以地面测控系统、运控系统为核心，使得传统卫星导航系统一旦脱离地面站的支持，整个导航系统面临着服务性能下降，甚至陷入瘫痪的严重风险。然而，地面监测站面临着自然灾害、人为破坏、操作失误和战时摧毁等风险，这使得地面测控站、运控站成为整个导航系统的薄弱环节；由于系统和设备的自主化智能化程度低，对操作人员和地面系统的依赖性强；

4)系统的安全防护能力比较脆弱。

面对全新的挑战，我国在近地测控网建设方面，增加了Ka频段扩频测控体制，实现了天线与机房拉远、多天线共用基带池、多频段测控系统与测量雷达共用天线、卫星数据接收与测控一体化等；在天基测控网建设方面，天链一号中继卫星系统实现了三星组网运行。美国NASA空间通信与导航(SCaN)制定了2025年及以后的下一代近地通信与导航架构，即空间移动网络(SMN)，通过网络用户发起调度服务(UIS)，实现类似于地球移动无线智能手机用户的服务体验。未来，航天器不仅可以请求服务时间窗口，还可以请求定制带宽，从而提高网络和系统的效能。目前空间飞行试验测控通信主要是利用原有航天陆基测控通信网。由于受地球曲率的影响，地面上每个测控站的视角都很有限，特别是对中、低轨道航天器，所能提供的测控时间很短，而且陆基测控通信网能提供的空间覆盖率也只有10％～ 20％。无论低动态还是高动态平台，都需要不间断，无缝的高覆盖率测控。全程跟踪测控空间飞行器飞行速度、加速度、加加速度都很大，而且轨道机动性高，甚至可能出现跳跃式的弹道变化，这种高动态性的特点使对其测控信号的捕获、跟踪和测量带来了新的困难。尤其是空间飞行器是全程有动力飞行，不能套用传统轨道动力学定轨，需要进行全程连续跟踪测量。空间飞行器具有飞行速度快、全程机动、角速度大、外推难的特点，导致对其测控通信时，数据传输时延增大，将明显增加引导误差并直接影响测量精度。由于空间的特殊位置，使得信号路径传输损耗小、发射功率更高，为高速信息传输创造了良好地先天条件，而现有技术已不能满足其要求，空间飞行器在大气层中飞行且飞行速度快，周围空气电离等问题将严重恶化，对地通信环境，存在高误码率问题，信息重传或延传后，使接人通信网的信息速率增加，瞬间传输速率会变得很大。克服“黑障”需求高超速飞行器以马赫数5～25的速度在空间飞行时，将与周围的空气剧烈摩擦并对空气产生压缩，使飞行器周围的空气温度急剧上升，致使空气发生电离，从而在飞行器四周形成等离子体屏障，称之为“等离子鞘套”。等离子体会引起飞行器天线的阻抗失配、方向图畸变、辐射效率下降甚至被击穿，从而影响飞行器通信链路的建立和维持。“等离子鞘套”使无线电信号通过等离子传播时引起衰减，严重时会中断无线电信号，将这种现象称为“黑障”。由于“黑障”的影响，造成空间高超声速飞行器飞行高度越低、速度越高，克服“黑障”的工作频率就必须越高，这对高速率、超视距的测控通信系统提出了新的挑战。