高级搜索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

低轨大规模星座的航天测控随遇接入技术

董光亮 郝万宏 张国亭 汤达 郭洁

董光亮, 郝万宏, 张国亭, 汤达, 郭洁. 低轨大规模星座的航天测控随遇接入技术[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT240466
引用本文: 董光亮, 郝万宏, 张国亭, 汤达, 郭洁. 低轨大规模星座的航天测控随遇接入技术[J]. 电子与信息学报. doi: 10.11999/JEIT240466
DONG Guangliang, HAO Wanhong, ZHANG Guoting, TANG Da, GUO Jie. Aerospace Tracking Telemetry and Command on-the-spot Access Technology for low-orbit and High-density Satellite Constellations[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT240466
Citation: DONG Guangliang, HAO Wanhong, ZHANG Guoting, TANG Da, GUO Jie. Aerospace Tracking Telemetry and Command on-the-spot Access Technology for low-orbit and High-density Satellite Constellations[J]. Journal of Electronics & Information Technology. doi: 10.11999/JEIT240466

低轨大规模星座的航天测控随遇接入技术

doi: 10.11999/JEIT240466 cstr: 32379.14.JEIT240466
详细信息
    作者简介:

    董光亮:男,研究员,研究方向为航天系统工程,航天测控通信

    郝万宏:男,助理研究员,研究方向为空间信息网络,航天测控通信,信号处理

    张国亭:男,研究员,研究方向为航天测控通信,航天器管理

    汤达:男,助理研究员,研究方向为航天测控通信,空间信息传输

    郭洁:男,副研究员,研究方向为航天测控通信,扩频技术

    通讯作者:

    郝万宏 13811582150@139.com

  • 中图分类号: TN927.2

Aerospace Tracking Telemetry and Command on-the-spot Access Technology for low-orbit and High-density Satellite Constellations

  • 摘要: 大规模低轨小卫星星座近年来在卫星通信、遥感观测等领域已成为各国商业公司发展的重点,我国也正在发展各类低轨卫星星座,在轨卫星数量急剧上升,航天测控运控系统作为卫星在轨平稳运行的管理操作者,针对大规模低轨卫星的高效测控正面临着重大挑战。借鉴移动通信领域的技术思想,该文设计提出了一种全新的面向低轨大规模星座的航天测控随遇接入技术。该技术利用全空域天线设备,构建形成低功耗的全时全景波束,通过专用接入信道,可形成地面站对大批量过境低轨卫星的“基站式”自动随遇接入,基于随遇接入技术构建的航天测控网将能够为各类低轨卫星测控、运控用户提供分布式端到端的高效服务能力。该文全面介绍了航天测控随遇接入系统的工作原理、体系架构、技术体制设计与关键技术,建立了随遇接入系统的用户容量模型。通过系统分析设计,可实现20 000颗以上卫星在轨接入和测运控管理的服务能力,将有力支撑我各类低轨星座的建设与在轨高效应用。
  • 图  1  鸽群星座地面系统体系架构

    图  2  随遇接入技术原理

    图  3  航天随遇接入测控系统体系架构

    图  4  航天随遇接入测控工作流程

    图  5  低轨卫星入站前后S频段信号单向多普勒特性

    图  6  航天随遇接入返向多址原理示意图

    图  7  接入信道返向链路空域覆盖设计

    图  8  接入信道返向链路空间方向性增益设计

    图  9  可扩展信道化波束控制方案

    图  10  多用户卫星并行接入互干扰条件下捕获概率

    图  11  卫星星下点分布特性

    表  1  地面移动用户与低轨卫星通信场景差异

    参数项地面用户在轨卫星
    通信距离数百米~数千米数百千米~数千千米
    移动速度最大350 km/h7.9 km/s
    多普勒动态数十~数百Hz数十kHz
    信号多径多径效应显著无明显多径效应
    下载: 导出CSV

    表  2  随遇接入测控接入信道物理层信号体制

    体制参数 前向链路 返向链路
    频段 S频段
    调制方式 CDMA-BPSK
    多址方式 频分多址
    码分多址
    空分多址
    码分多址
    竞争ALOHA
    信号发射 连续发射 突发方式
    码型 伪随机序列 伪随机序列
    编码方式 Polar Polar
    下载: 导出CSV

    表  3  用户卫星单次接入时间概算分析

    标识项目时间(ms)
    t1卫星解调广播帧,并进行鉴权,生成接入汇报帧50
    t2返向接入申请帧发送时间1 000
    t3空间传输时间12
    t4返向接入申请帧接收处理时间300
    t5前向应答消息发送最长等待时间1 000
    t6前向应答消息发送时间1 000
    t7前向信息接收处理时间50
    下载: 导出CSV
  • [1] 方芳, 吴明阁. “星链”低轨星座的主要发展动向及分析[J]. 中国电子科学研究院学报, 2021, 16(9): 933–936. doi: 10.3969/j.issn.1673-5692.2021.09.013.

    FANG Fang and WU Mingge. Development trend and analysis of "Starlink" LEO Satellites Constellation[J]. Journal of China Academy of Electronics and Information Technology, 2021, 16(9): 933–936. doi: 10.3969/j.issn.1673-5692.2021.09.013.
    [2] MODENINI A and RIPANI B. A tutorial on the tracking, telemetry, and command (TT&C) for space missions[J]. IEEE Communications Surveys & Tutorials, 2023, 25(3): 1510–1542. doi: 10.1109/COMST.2023.3287431.
    [3] 王磊, 姬涛, 郑军, 等. 中继卫星系统发展应用分析及建议[J]. 中国科学: 技术科学, 2022, 52(2): 303–317. doi: 10.1360/SST-2020-0463.

    WANG Lei, JI Tao, ZHENG Jun, et al. Investigations and proposals for data relay satellite systems[J]. SCIENTIA SINICA Technologica, 2022, 52(2): 303–317. doi: 10.1360/SST-2020-0463.
    [4] CCSDS. CCSDS 401.0-B-32 Radio frequency and modulation systems-Part I earth stations and spacecraft[S]. Washington: CCSDS, 2021.
    [5] BEN-LARBI M K, POZO K F, HAYLOK T, et al. Towards the automated operations of large distributed satellite systems. Part 1: Review and paradigm shifts[J]. Advances in Space Research, 2021, 67(11): 3598–3619. doi: 10.1016/j.asr.2020.08.009.
    [6] DEVARAJ K. Planet’s communication network[EB/OL]. https://leoconn.github.io/slides/leoconn_2021_day1_kiruthika.pdf, 2021.
    [7] 杨文翰, 花国良, 冯岩, 等. 星链计划卫星网络资料申报情况分析[J]. 天地一体化信息网络, 2021, 2(1): 60–68. doi: 10.11959/j.issn.2096-8930.2021008.

    YANG Wenhen, HUA Guoliang, FENG Yan, et al. Analysis of the starlink satellite network filing application[J]. Space-Integrated-Ground Information Networks, 2021, 2(1): 60–68. doi: 10.11959/j.issn.2096-8930.2021008.
    [8] 蔡亚梅, 陈利玲, 张天娇. 从"黑杰克"项目看美国低轨卫星系统发展[J]. 航天电子对抗, 2021, 37(4): 57–59,64. doi: 10.3969/j.issn.1673-2421.2021.04.011.

    CAI Yamei, CHEN Liling, and ZHANG Tianjiao. LEO satellite system development of USA from blackjack program[J]. Aerospace Electronic Warfare, 2021, 37(4): 57–59,64. doi: 10.3969/j.issn.1673-2421.2021.04.011.
    [9] Space Development Agency. Proliferated warfighter space architecture (PWSA)[EB/OL]. https://www.sda.mil/wp-content/uploads/2023/06/Transport-Layer_distro-A_FINAL.pdf, 2023.
    [10] United States Government Accountability Office. Satellite control network: Updating sustainment plan would help space force better manage future efforts[EB/OL]. https://www.gao.gov/assets/gao-23-105505.pdf, 2023.
    [11] HENDERSON M, DAVIS M B, and HUISJEN M. GDPAA advanced technology demonstration overview and results[C]. 2010 IEEE International Symposium on Phased Array Systems and Technology, Waltham, MA, USA, 2010. doi: 10.1109/ARRAY.2010.5613380.
    [12] READ M. Lockheed Martin and Ball Aerospace complete transmit test for MBMM antenna[EB/OL]. https://satelliteprome.com/news/lockheed-martin-and-ball-aerospace-complete-transmit-test-for-mbmm-antenna/, 2020.
    [13] 李超, 焦义文, 傅诗媛, 等. 软件定义测控系统体系架构与关键技术[J]. 中国空间科学技术, 2023, 43(3): 14–24. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0034.

    LI Chao, JIAO Yiwen, FU Shiyuan, et al. Software defined TT&C system architecture and key technology[J]. Chinese Space Science and Technology, 2023, 43(3): 14–24. doi: 10.16708/j.cnki.1000-758X.2023.0034.
    [14] 祁玉生, 邵世祥. 现代移动通信系统[M]. 北京: 人民邮电出版社, 1999.

    QI Yusheng and SHAO Shixiang. Modern Moobile Communication System[M]. Beijing: Posts & Telecom Press, 1999.
    [15] 伊波利托, 孙宝升, 译. 卫星通信系统工程[M]. 北京: 国防工业出版社, 2012.

    IPPOLITO L J, SUN Baosheng, translation. Satellite Communications Systems Engineering: Atmospheric Effects, Satellite Link Design and System Performance[M]. Beijing: National Defense Industry Press, 2012.
    [16] 陆大絟, 张颢. 随机过程及其应用[M]. 2版. 北京: 清华大学出版社, 2012.

    LU Daquan and ZHANG Hao. Stochastic Processes with its Applications[M]. 2nd ed. Beijing: Tsinghua University Press, 2012.
  • 加载中
图(11) / 表(3)
计量
  • 文章访问数:  117
  • HTML全文浏览量:  62
  • PDF下载量:  26
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2024-06-11
  • 修回日期:  2025-06-18
  • 网络出版日期:  2025-06-25

目录

    /

    返回文章
    返回