CN110784254A - 一种卫星入轨段的测控方法及系统 - Google Patents

一种卫星入轨段的测控方法及系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种卫星入轨段的测控方法及系统，涉及卫星测控技术领域，该方法包括步骤：建立运载火箭末级与用户星之间的上、下行双通信链路；建立中继卫星系统和运载火箭末级之间的天基测控前、返向链路；通过下行通信链路和天基测控返向链路，将用户星发送的卫星遥测信号发送至中继卫星系统；通过天基测控前向链路和上行通信链路，将中继卫星系统发送的卫星遥控信号发送至用户星。本发明的测控方法，通过建立运载火箭末级与用户星之间的上、下行双通信链路，实现中继卫星系统对用户星入轨段的遥测和遥控；由于用户星与运载火箭末级距离较近，因而对通信天线指标要求较低，工程实现较为简单，有效保障通信链路的稳定性，实现实时信息交互。

Description

一种卫星入轨段的测控方法及系统
技术领域
本发明涉及卫星测控技术领域，具体涉及一种卫星入轨段的测控方法及系统。
背景技术
随着商业航天的快速发展，卫星发射组网的需求越来越迫切。利用运载火箭将卫星送入太空时，在星箭分离后，卫星初始入轨段关键参数需实时传回国内的卫星测控中心，及时获取卫星入轨状态，为地面测控指挥及决策提供技术支撑。
现有的卫星初始入轨段遥测信息一般采用地面测控站或测量船进行接收，设备布设准备时间较长，保障成本较高。近些年发展的利用中继卫星系统与用户星直接建立通信链路，将卫星关键参数转发至地面的方式，受到了越来越多的关注。但由于用户星与中继卫星距离较远，初始入轨时卫星姿态变化较大，对用户星天线的发射功率、波束带宽等指标要求较高，增加用户星设计成本的同时，工程实现上也存在一定的难度，且中继卫星与用户星之间的通信链路稳定性也难以得到保障。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种卫星入轨段的测控方法及系统，可有效保障通信链路的稳定性，实现实时信息交互。
本发明第一方面提供一种卫星入轨段的测控方法，其包括步骤：
建立运载火箭末级与用户星之间的上、下行双通信链路；
建立中继卫星系统和运载火箭末级之间的天基测控前、返向链路；
通过上述下行通信链路和天基测控返向链路，将上述用户星发送的卫星遥测信号发送至中继卫星系统；
通过上述天基测控前向链路和上行通信链路，将上述中继卫星系统发送的卫星遥控信号发送至用户星。
基于第一方面，在可能的实施例中，通过下行通信链路发送上述卫星遥测信号，具体包括：
上述运载火箭末级通过卫星通信收发天线接收用户星发来的卫星遥测信号，并对上述卫星遥测信号下变频、解调，得到卫星遥测数据；
将上述卫星遥测数据插入火箭遥测数据帧中固定位置，输出脉冲编码调制PCM码流，并对PCM码流进行编码、调制、上变频，得到火箭遥测信号。
基于第一方面，在可能的实施例中，通过天基测控返向链路发送上述卫星遥测信号，具体包括：
上述运载火箭末级通过天基测控相控阵天线将上述火箭遥测信号放大，然后发送至中继卫星系统，上述火箭遥测信号内插入有卫星遥测数据。
基于第一方面，在可能的实施例中，上述中继卫星系统包括中继卫星和地面测控中心，上述中继卫星将放大后的火箭遥测信号发送至地面测控中心；
上述地面测控中心对上述火箭遥测信号下变频、解调、译码后得到火箭遥测数据，并根据上述卫星遥测数据在火箭遥测数据帧中的固定位置，从上述火箭遥测数据中挑出上述卫星遥测数据。
基于第一方面，在可能的实施例中，通过天基测控前向链路发送上述卫星遥控信号，具体包括：
上述中继卫星系统将卫星遥控数据插入火箭遥控数据帧中固定位置，经调制、上变频后得到火箭遥控信号；
上述运载火箭末级通过天基测控接收天线接收上述火箭遥控信号。
基于第一方面，在可能的实施例中，通过上行通信链路发送上述卫星遥控信号，具体包括：
将上述火箭遥控信号下变频、解调，得到火箭遥控数据，并根据上述卫星遥控数据在火箭遥控数据帧中的固定位置，从上述火箭遥控数据中挑出卫星遥控数据；
按照卫星测控体制对上述卫星遥控数据进行编码、调制、上变频，得到卫星遥控信号；
通过卫星通信收发天线将上述卫星遥控信号放大后发送至用户星，上述用户星根据接收到的卫星遥控信号做出相应响应。
本发明第二方面提供一种卫星入轨段的测控系统，其包括：
卫星通信收发天线，为用户星与运载火箭末级之间建立上、下行双通信链路，接收用户星发来的卫星遥测信号，以及向用户星发送卫星遥控信号；
天基测控接收天线，为运载火箭末级与中继卫星系统建立天基测控前向链路，接收中继卫星系统发来的火箭遥控信号；上述火箭遥控信号内插入有卫星遥控数据，上述卫星遥控数据经编码、调制、上变频得到卫星遥控信号；
天基测控相控阵天线，为运载火箭末级与中继卫星系统之间建立天基测控返向链路，将火箭遥测信号发送至中继卫星系统；上述火箭遥测信号内插入有卫星遥测数据，上述卫星遥测数据由卫星遥测信号下变频、解调得到；
上述卫星通信收发天线、天基测控接收天线和天基测控相控阵天线均设置于运载火箭末级。
基于第二方面，在可能的实施例中，上述运载火箭末级设有测控中心单元，上述测控中心单元包括：
卫星通信板，其用于将接收的卫星遥测信号下变频、解调后得到卫星遥测数据；
信号处理板，其用于将上述卫星遥测数据插入火箭遥测数据帧中固定位置，并输出PCM码流；
天基测控板，其用于对上述PCM码流进行编码、调制、上变频，得到火箭遥测信号。
基于第二方面，在可能的实施例中，上述中继卫星系统包括：
中继卫星，其用于将上述火箭遥测信号发送至地面测控中心；
地面测控中心，其用于对上述火箭遥测信号下变频、解调、译码后得到火箭遥测数据，并根据上述卫星遥测数据在火箭遥测数据帧中的固定位置，从上述火箭遥测数据中挑出上述卫星遥测数据。
基于第二方面，在可能的实施例中，上述中继卫星系统还用于将卫星遥控数据插入火箭遥控数据帧中固定位置，经调制、上变频后得到火箭遥控信号；
上述天基测控板还用于将上述火箭遥控信号下变频、解调，得到火箭遥控数据；
上述信号处理板还用于，根据上述卫星遥控数据在火箭遥控数据帧中的固定位置，从上述火箭遥控数据中挑出卫星遥控数据；
上述卫星通信板还用于，按照卫星测控体制对上述卫星遥控数据进行编码、调制、上变频，得到卫星遥控信号。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
本发明的卫星入轨段的测控方法，在用户星与运载火箭末级分离时，建立运载火箭末级与用户星之间的上、下行双通信链路，再利用中继卫星系统和运载火箭末级之间的天基测控前、返向链路，以实现中继卫星系统对用户星入轨段的遥测和遥控；由于用户星与运载火箭末级距离较近，因而对通信天线指标要求较低，工程实现较为简单，有效保障通信链路的稳定性，实现实时信息交互。
附图说明
图1为本发明实施例中卫星入轨段的测控方法的流程图；
图2为本发明实施例中卫星入轨段的测控方法的通信示意图。
具体实施方式
以下结合附图及实施例对本发明作进一步详细说明。
参见图1所示，本发明实施例提供一种卫星入轨段的测控方法，该测控方法包括步骤：
S1.建立运载火箭末级与用户星之间的上、下行双通信链路。
当用户星与运载火箭末级分离，通过用于卫星通信的卫星通信收发天线实现运载火箭末级与用户星之间的上、下行双通信链路，该卫星通信收发天线布置在运载火箭末级，并指向该用户星。
S2.建立中继卫星系统和运载火箭末级之间的天基测控前、返向链路。其中，中继卫星系统和运载火箭末级之间的天基测控前向链路通过天基测控接收天线实现；中继卫星系统和运载火箭末级之间的天基测控返向链路通过天基测控相控阵天线实现，用于天基测控的天基测控接收天线和天基测控相控阵天线均布置在运载火箭末级上。
S3.通过上述下行通信链路和天基测控返向链路，将上述用户星发送的卫星遥测信号发送至中继卫星系统。
本实施例中，用户星通过用户星的发射天线发送卫星遥测信号，中继卫星系统可根据该卫星遥测信号对用户星进行相应的遥控。
S4.通过上述天基测控前向链路和上行通信链路，将上述中继卫星系统发送的卫星遥控信号发送至用户星。用户星可根据该卫星遥控信号进行相应的响应。
本实施例的卫星入轨段的测控方法，在用户星与运载火箭末级分离时，建立运载火箭末级与用户星之间的上、下行双通信链路，再利用中继卫星系统和运载火箭末级之间的天基测控前、返向链路，以实现中继卫星系统对用户星入轨段的遥测和遥控；由于用户星与运载火箭末级距离较近，因而对各通信天线指标要求较低，工程实现较为简单，有效保障通信链路的稳定性，实现实时信息交互。
参见图2所示，上述运载火箭末级设有测控中心单元，上述测控中心单元包括卫星通信板、信号处理板和天基测控板。
本实施例中，通过下行通信链路将上述用户星发送的卫星遥测信号发送至运载火箭末端，具体包括：
首先运载火箭末级通过卫星通信收发天线接收用户星发来的卫星遥测信号，然后卫星通信收发天线将该卫星遥测信号经过箭上高频电缆传送至测控中心单元的卫星通信板，通过卫星通信板将上述卫星遥测信号下变频、解调，得到卫星遥测数据，并通过板间数据传输接口将该卫星遥测数据传输到信号处理板。
通过信号处理板将上述卫星遥测数据插入火箭遥测数据帧中固定位置，输出脉冲编码调制PCM(Pulse Code Modulation)码流至天基测控板，天基测控板对PCM码流进行编码、调制、上变频，得到火箭遥测信号。
本实施例中，通过天基测控返向链路将卫星遥测信号发送至中继卫星系统，具体包括：
上述运载火箭末级的天基测控板将该火箭遥测信号经箭上高频电缆传送至天基测控相控阵天线，由天基测控相控阵天线将上述火箭遥测信号放大后发射至中继卫星系统，该火箭遥测信号内插入有卫星遥测数据。
本实施例中，上述中继卫星系统包括中继卫星和地面测控中心，上述中继卫星将放大后的火箭遥测信号发送至地面测控中心后，地面测控中心对上述火箭遥测信号进行下变频、解调、译码，得到火箭遥测数据，然后根据上述卫星遥测数据在火箭遥测数据帧中的固定位置，从上述火箭遥测数据中挑出上述卫星遥测数据，即完成卫星入轨段的遥测过程。
本实施例中，通过天基测控前向链路将中继卫星系统发送的卫星遥控信号发送至运载火箭末级，具体包括：
首先，中继卫星系统中的地面测控中心将卫星遥控数据插入火箭遥控数据帧中固定位置，经调制、上变频后得到火箭遥控信号，然后将该火箭遥控信号传至中继卫星。
然后中继卫星通过其发射天线将火箭遥控信号发送至运载火箭末级，上述运载火箭末级通过天基测控接收天线接收火箭遥控信号。
本实施例中，通过上行通信链路将卫星遥控信号发送至用户星，具体包括：
首先，天基测控接收天线将接收的火箭遥控信号通过箭上高频电缆传送至天基测控板，天基测控板对上述火箭遥控信号下变频、解调，得到火箭遥控数据，然后通过板间数据传输接口将火箭遥控数据传送至信号处理板。
然后，信号处理板根据上述卫星遥控数据在火箭遥控数据帧中的固定位置，从上述火箭遥控数据中挑出卫星遥控数据，并通过板间数据传输接口将卫星遥控数据传送至卫星通信板。
接着，卫星通信板按照卫星测控体制对上述卫星遥控数据进行编码、调制、上变频，得到卫星遥控信号，并将卫星遥控信号经过箭上高频电缆传送至卫星通信收发天线。
最后通过卫星通信收发天线将上述卫星遥控信号放大后发送至用户星；上述用户星根据接收到的卫星遥控信号做出相应响应。
本发明实施例还提供一种卫星入轨段的测控系统，该测控系统包括卫星通信收发天线、天基测控接收天线和天基测控相控阵天线。上述卫星通信收发天线、天基测控接收天线和天基测控相控阵天线均布置在运载火箭末级。其中，卫星通信收发天线指向搭载在运载火箭末级上的用户星。天基测控接收天线和天基测控相控阵天线指向中继卫星系统的中继卫星。
上述卫星通信收发天线为用户星与运载火箭末级之间建立上、下行双通信链路，接收用户星发来的卫星遥测信号，以及向用户星发送卫星遥控信号。
上述天基测控接收天线为运载火箭末级与中继卫星系统建立天基测控前向链路，接收中继卫星系统发来的火箭遥控信号；上述火箭遥控信号内插入有卫星遥控数据，卫星遥控数据经编码、调制、上变频得到卫星遥控信号。
上述天基测控相控阵天线为运载火箭末级与中继卫星系统之间建立天基测控返向链路，将火箭遥测信号发送至中继卫星系统；上述火箭遥测信号内插入有卫星遥测数据，卫星遥测数据由卫星遥测信号下变频、解调得到。
优选地，上述运载火箭末级设有测控中心单元，上述测控中心单元包括卫星通信板、信号处理板和天基测控板。
上述卫星通信板用于将接收的卫星遥测信号下变频、解调后得到卫星遥测数据，并将其传送至信号处理板。
上述信号处理板用于将上述卫星遥测数据插入火箭遥测数据帧中固定位置，并输出PCM码流至天基测控板。
上述天基测控板用于对上述PCM码流进行编码、调制、上变频，得到火箭遥测信号，并将其传送至天基测控相控阵天线。
可选的，上述中继卫星系统包括中继卫星和地面测控中心。中继卫星用于将上述火箭遥测信号发送至地面测控中心；地面测控中心用于对上述火箭遥测信号下变频、解调、译码后得到火箭遥测数据，并根据上述卫星遥测数据在火箭遥测数据帧中的固定位置，从上述火箭遥测数据中挑出上述卫星遥测数据。
本实施例中，上述中继卫星系统还用于将卫星遥控数据插入火箭遥控数据帧中固定位置，经调制、上变频后得到火箭遥控信号。
上述天基测控板还用于将上述火箭遥控信号下变频、解调，得到火箭遥控数据，并将其传送至信号处理板。
上述信号处理板还用于根据上述卫星遥控数据在火箭遥控数据帧中的固定位置，从上述火箭遥控数据中挑出卫星遥控数据。
上述卫星通信板还用于按照卫星测控体制对上述卫星遥控数据进行编码、调制、上变频，得到卫星遥控信号，并将其传送至卫星通信收发天线。
优选地，根据用户星的数量设置卫星通信收发天线的数量，且上述卫星通信收发天线与用户星一一对应。
本实施例中，卫星测控体制采用统一S频段USB(Unified S Band)体制，卫星通信收发天线方位面和俯仰面±80°范围内增益不小于-7dBi，±60°范围内增益不小于-4dBi；天基测控返向链路的调制方式采用二进制相移键控BPSK(Binary Phase Shift Keying)调制，天基测控前向链路的调制方式采用BPSK+扩频调制；天基测控相控阵天线等效辐射功率大于26dBW；天基测控接收天线方位面和俯仰面±60°范围内增益不小于-3dBi。
卫星遥测数据采用同步数据链路控制SDLC(Synchronous Data Link Control)通信协议，码速率2Mbps，数据格式如下表1所示。数据帧传送数据以字节(8bit)为最小单位，每字节内低位先发送、高位后发送，多字节内容低字节先发送、高字节后发送，时钟下降沿发数、上升沿读数；数据帧采用循环冗余校验码16位CRC(Cyclic Redundancy Check)校验。当有多个用户星时，通过用户星的卫星号进行区别，以便于数据传递。
表1卫星遥测数据格式
Figure BDA0002225659180000101
本实施例中，待转发的卫星遥控数据采用SDLC通信协议，通信速率2Mbps，数据的格式如下表2所示。
表2卫星遥控数据格式
本实施例的测控系统，适用于上述各测控方法，利用用户星与运载火箭末级距离较近的特点，建立运载火箭末级与用户星之间的上、下行双通信链路，以及中继卫星系统和运载火箭末级之间的天基测控前、返向链路，有效保障通信链路的稳定性，实现中继卫星系统对用户星入轨段的遥测和遥控。
本发明不局限于上述实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围之内。本说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员公知的现有技术。

Claims (10)

1.一种卫星入轨段的测控方法，其特征在于，其包括步骤：
建立运载火箭末级与用户星之间的上、下行双通信链路；
建立中继卫星系统和运载火箭末级之间的天基测控前、返向链路；
通过所述下行通信链路和天基测控返向链路，将所述用户星发送的卫星遥测信号发送至中继卫星系统；
通过所述天基测控前向链路和上行通信链路，将所述中继卫星系统发送的卫星遥控信号发送至用户星。
2.如权利要求1所述的卫星入轨段的测控方法，其特征在于，通过下行通信链路发送所述卫星遥测信号，具体包括：
所述运载火箭末级通过卫星通信收发天线接收用户星发来的卫星遥测信号，并对所述卫星遥测信号下变频、解调，得到卫星遥测数据；
将所述卫星遥测数据插入火箭遥测数据帧中固定位置，输出脉冲编码调制PCM码流，并对PCM码流进行编码、调制、上变频，得到火箭遥测信号。
3.如权利要求2所述的卫星入轨段的测控方法，其特征在于，通过天基测控返向链路发送所述卫星遥测信号，具体包括：
所述运载火箭末级通过天基测控相控阵天线将所述火箭遥测信号放大，然后发送至中继卫星系统，所述火箭遥测信号内插入有卫星遥测数据。
4.如权利要求3所述的卫星入轨段的测控方法，其特征在于，
所述中继卫星系统包括中继卫星和地面测控中心，所述中继卫星将放大后的火箭遥测信号发送至地面测控中心；
所述地面测控中心对所述火箭遥测信号下变频、解调、译码后得到火箭遥测数据，并根据所述卫星遥测数据在火箭遥测数据帧中的固定位置，从所述火箭遥测数据中挑出所述卫星遥测数据。
5.如权利要求1所述的卫星入轨段的测控方法，其特征在于，通过天基测控前向链路发送所述卫星遥控信号，具体包括：
所述中继卫星系统将卫星遥控数据插入火箭遥控数据帧中固定位置，经调制、上变频后得到火箭遥控信号；
所述运载火箭末级通过天基测控接收天线接收所述火箭遥控信号。
6.如权利要求5所述的卫星入轨段的测控方法，其特征在于，通过上行通信链路发送所述卫星遥控信号，具体包括：
将所述火箭遥控信号下变频、解调，得到火箭遥控数据，并根据所述卫星遥控数据在火箭遥控数据帧中的固定位置，从所述火箭遥控数据中挑出卫星遥控数据；
按照卫星测控体制对所述卫星遥控数据进行编码、调制、上变频，得到卫星遥控信号；
通过卫星通信收发天线将所述卫星遥控信号放大后发送至用户星，所述用户星根据接收到的卫星遥控信号做出相应响应。
7.一种卫星入轨段的测控系统，其特征在于，其包括：
卫星通信收发天线，为用户星与运载火箭末级之间建立上、下行双通信链路，接收用户星发来的卫星遥测信号，以及向用户星发送卫星遥控信号；
天基测控接收天线，为运载火箭末级与中继卫星系统建立天基测控前向链路，接收中继卫星系统发来的火箭遥控信号；所述火箭遥控信号内插入有卫星遥控数据，所述卫星遥控数据经编码、调制、上变频得到卫星遥控信号；
天基测控相控阵天线，为运载火箭末级与中继卫星系统之间建立天基测控返向链路，将火箭遥测信号发送至中继卫星系统；所述火箭遥测信号内插入有卫星遥测数据，所述卫星遥测数据由卫星遥测信号下变频、解调得到；
所述卫星通信收发天线、天基测控接收天线和天基测控相控阵天线均设置于运载火箭末级。
8.如权利要求7所述的卫星入轨段的测控系统，其特征在于，所述运载火箭末级设有测控中心单元，所述测控中心单元包括：
卫星通信板，其用于将接收的卫星遥测信号下变频、解调后得到卫星遥测数据；
信号处理板，其用于将所述卫星遥测数据插入火箭遥测数据帧中固定位置，并输出PCM码流；
天基测控板，其用于对所述PCM码流进行编码、调制、上变频，得到火箭遥测信号。
9.如权利要求8所述的卫星入轨段的测控系统，其特征在于，所述中继卫星系统包括：
中继卫星，其用于将所述火箭遥测信号发送至地面测控中心；
地面测控中心，其用于对所述火箭遥测信号下变频、解调、译码后得到火箭遥测数据，并根据所述卫星遥测数据在火箭遥测数据帧中的固定位置，从所述火箭遥测数据中挑出所述卫星遥测数据。
10.如权利要求7所述的卫星入轨段的测控系统，其特征在于：
所述中继卫星系统还用于将卫星遥控数据插入火箭遥控数据帧中固定位置，经调制、上变频后得到火箭遥控信号；
所述天基测控板还用于将所述火箭遥控信号下变频、解调，得到火箭遥控数据；
所述信号处理板还用于，根据所述卫星遥控数据在火箭遥控数据帧中的固定位置，从所述火箭遥控数据中挑出卫星遥控数据；
所述卫星通信板还用于，按照卫星测控体制对所述卫星遥控数据进行编码、调制、上变频，得到卫星遥控信号。
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