[发明专利]一种月球软着陆探测任务各阶段天线设计方法、天线及通信方法

摘要

本发明提供一种月球软着陆探测任务各阶段天线设计方法、天线及通信方法，利用该方法设计出的天线可以满足月球软着陆的需要；动力下降段天线设计包括：选用两副相同的收发共用测控天线、或两副相同的接收测控天线与两副相同的发射测控天线，工作频段选为S、X和Ka频段中至少一个，极化方式选为圆极化，方向图选为覆盖半空间，增益选为不小于-5dBi；数传天线工作频段选为S、X和Ka频段中至少一个，极化方式选为圆极化，方向图需覆盖空间的半波束角为θ=γ+△，增益选为不低于G_降；月面工作段天线设计包括：测控天线设计和数传天线设计；器间通信天线设计包括：环月轨道器与月面探测器之间通信天线设计及月面探测器之间通信天线设计。

主权项

一种月球软着陆探测任务各阶段天线设计方法，包括动力下降段天线设计、月面工作段天线设计及器间通信天线设计；其特征在于，动力下降段天线设计包括：测控天线设计和数传天线设计；测控天线：该阶段选用两副相同的收发共用测控天线、或两副相同的接收测控天线与两副相同的发射测控天线，该阶段所选用的测控天线的工作频段选为S、X和Ka频段中的至少一个，极化方式选为圆极化，方向图选为覆盖半空间，增益选为不小于‑5dBi；数传天线：工作频段选为S、X和Ka频段中的至少一个，极化方式选为圆极化，数传天线方向图采用如下步骤确定：S101，在确定探测器标称姿态下，获取n个不同着陆时刻的动力下降过程中探测器‑地心连线与数传天线电轴夹角的最大值{α₁，α₂，α₃……α_n‑1，α_n}；S102，从包含n个角度的集合中选取最大的角度值，并将其记为α_max，计算考虑探测器姿态控制偏差后的探测器‑地心连线与数传天线电轴夹角γ=α_max+β，其中β为探测器姿态控制的最大偏差；S103，确定数传天线方向图需覆盖空间的半波束角为θ=γ+△，其中△为基准误差；数传天线的增益选为不低于G_降=3‑P_t降‑L‑L_调‑a+k+10log₁₀(b_降)+c‑d；其中，P_t降为数传天线入口处功率，L为传输损耗，L_调为调制损失，a为地面站品质因数，k为玻耳兹曼常数，b_降为数传码速率，c为一定误码率前提下的地面解调门限，d为信道编码增益；月面工作段天线设计包括：测控天线设计和数传天线设计；测控天线：采用动力下降段选用的测控天线中朝天面的测控天线；数传天线：工作频段选为S、X和Ka频段中的至少一个，极化方式选为圆极化，数传天线的增益选为不低于G_月面=3‑P_t月面‑L‑L_调‑a+k+10log₁₀(b_月面)+c‑d，其中，P_t月面为数传天线入口处功率，b_月面为数传码速率；数传天线方向图需覆盖空间的半波束角选为其中η为天线效率；器间通信天线设计包括：环月轨道器与月面探测器之间通信天线设计、及月面探测器之间通信天线设计；环月轨道器与月面探测器之间通信天线：工作频段选为UHF频段、极化方式选为圆极化，方向图选为半空间覆盖，增益选为不小于‑5dBi；月面探测器之间通信天线：工作频段选为300MHz～600MHz频段，极化方式选为垂直线极化，方向图需覆盖的夹角选为[α_min‑β_max，α_max+β_max]，其中[α_min，α_max]为两探测器之间通信天线等效馈源连线与通信天线机械轴夹角变化范围，β_max为通信天线机械轴向与探测器所处地水平面法向的最大夹角值；增益选为不小于G_器间=3‑P_t器间‑L‑L_调‑a+k+10log₁₀(b_器间)+c‑d，其中，P_t器间为通信天线入口处功率，b_器间为器间通信码速率。