針對(duì)中低軌航天器監(jiān)控全時(shí)全域覆蓋的特點(diǎn),提出一種采用中繼衛(wèi)星多址返向全景波束聯(lián)合相掃前向波束支持航天器在軌全時(shí)監(jiān)控的模式。對(duì)該模式涉及的全景波束技術(shù)進(jìn)行了仿真分析比較。結(jié)果表明,選用數(shù)字波束形成技術(shù)和1.5 dB交疊的波束構(gòu)型形成全景波束,設(shè)計(jì)新的短報(bào)文和連續(xù)業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議,分別用于航天器自身健康信息匯報(bào)和常規(guī)管控,鏈路預(yù)算余量高于3 dB,單顆中繼衛(wèi)星可服務(wù)不少于1000個(gè)短報(bào)文用戶。為下一步全景波束演示驗(yàn)證試驗(yàn)和工程應(yīng)用提供了參考依據(jù)。

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圖1 中低軌航天器在軌全時(shí)監(jiān)控示意圖

相應(yīng)的應(yīng)用流程設(shè)計(jì)如圖2所示。用戶以發(fā)送間隔為周期,通過(guò)中繼衛(wèi)星全景波束系統(tǒng)返向通道,向地面控制中心回傳自身的狀態(tài)信息;地面控制中心接收狀態(tài)信息,必要時(shí)通過(guò)前向波束向用戶發(fā)送遙控指令,進(jìn)行前向管控。圖2中低軌航天器在軌全時(shí)監(jiān)控應(yīng)用流程

圖2 中低軌航天器在軌全時(shí)監(jiān)控應(yīng)用流程

圖1中低軌航天器在軌全時(shí)監(jiān)控示意圖3中繼衛(wèi)星全景波束技術(shù)

圖3 數(shù)字波束形成

有源相控陣波束形成有模擬波束形成(ABF)和數(shù)字波束形成(DBF)兩種技術(shù)體制可以實(shí)現(xiàn)。DBF技術(shù)成熟,具有波束控制靈活、具備靈活的多任務(wù)能力,空間自由度和移相精度高、抗干擾能力強(qiáng),體系架構(gòu)簡(jiǎn)潔、擴(kuò)展升級(jí)能力強(qiáng)等主要優(yōu)點(diǎn),如圖3所示。返向全景波束需要形成多個(gè),并具備可擴(kuò)展性,采用....

圖4 單星覆蓋200～2000 km航天器波束交疊圖

分析組合全景波束3dB和1.5dB交疊的覆蓋性能。單星覆蓋200～2000km的航天器,相鄰波束按照3dB交疊,約需要37個(gè)波束,張角為±11.5°;相鄰波束按照1.5dB交疊,約需要75個(gè)波束,張角為±11.5°。單星覆蓋波束交疊示意圖如圖4所示。按照中繼衛(wèi)星軌道位置....

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