卫星通信与卫星网络 课件 (李晖) 第18章 深空探测与深空测控、通信网.pptx

第18章 深空探测与深空测控、通信网;18.1 深空测控通信系统;　　深空测控通信技术发展的长远目标是实现太阳系内任何时间任何地点的连续通信和精确导航。然而对于以光年为单位的深空通信范围,深空测控通信系统具有通信距离遥远、高精度导航困难、连续跟踪测量困难等特点,要实现这一目标,不得不说是一个非常大的挑战。　　深空站,即深空测控站,一般负责完成深空探测器在地球轨道以外的测控和接收抵达探测目标后采集的数据,能够多站组成干涉测量系统,完成目标的测量。;　　信号与数据处理中心主要是完成测量信号的相干处理和遥测信息处理,获得深空探测器的干涉测量角位置信息并根据测轨数据算出其轨道,且对未来的轨道趋势进行预报。它一般由干涉测量的信号相干处理器、遥测数据处理系统、深空探测器定轨软件系统、硬件设备及相关的通信等配套设施组成。信号与数据处理中心所得的信息会提供给任务操作控制中心,为其决策提供依据。　　地面通信网络主要指通信链路,用来连接各深空站与各个地面中心。它一般负责完成各种测量数据、科学数据、各种遥控和遥感操作指令的传输及语音调度等任务。　　;18.2 深 空 通 信 网;　　深空测控通信网主要由测控设施、任务操作控制中心、航天测控网网管中心、地面通信网络等组成。测控设施一般位于地面或海上,包括固定测控站、机动测控站和测控船等,主要任务是建立天地联系通道,实现对航天器的跟踪测量、数据接收和操作管理。　　地面通信网络包括因特网和局域网,主要用来保障地面测控设施之间、测控设施与控制中心之间的数据传输和信息共享。;　　根据管理目标的不同,深空通信网可以分为中低轨道航天器测控网、同步轨道卫星测控网和深空测控网;根据测站地域空间的不同,深空通信网可以分为地基测控网和天基测控网;而根据测控使用的频段不同,深空通信网又可分为S频段网、C频段网、扩频网等。;18.3 深空测控通信要求;;18.4 深空通信技术;　　多址技术(如频分、时分、空分、码分多址技术)在空间通信进行综合业务传输时???很大的优势。如果需要高速数据传输,还可以考虑高阶调制,如16QAM、64QAM、MFSK等,它们也有着应用的可能性。另外,抗干扰技术在提高通信质量、保障通信业务方面有着重要作用。　　国际空间频率协调组织(SFCG)为空间通信推荐了多种调制方法,但由于空间通信的发展,没有一种调制方法可以解决所有问题,因此空间通信所用的调制技术还在不断地发展之中。;18.4.2 编码技术　　在深空通信中,为了提高数据传输的可靠性,使用差错控制技术很有必要。一般的差错控制方式有前向纠错、检错重发、混合纠错和反馈校验等,这些方式都是通过编码技术来实现的。;　　下面介绍被称为新信息科学技术革命的网格编码(NetworkCoding),这是一种融合了路由和编码的信息交换技术。它的核心是在网络中的各个节点上先对各条信道上收到的信息进行线性或者非线性的处理,再转发给下游节点,中间节点起编码器或信号处理器的作用。因此网络节点用编码器来取代路由器,发送的是有关信息的证据而不是信息本身,到达接收端后,信息被重新组装。R.Ahlswede等人以蝴蝶网络的研究为例,指出通过网络编码可以达到多播路由传输的最大流界,提高了信息的传输效率,从而奠定了网络编码的重要地位,其基本原理如图18-2所示。;;18.4.3 数据压缩　　数据压缩一般分为无损压缩和有损压缩。前者又称为熵编码,压缩后的数据与压缩前相比,有用的信息并未损失,常用的方法有 Huffman编码方法和 Lempel Ziv Welch压缩方法等。后者又称为熵压缩,在压缩数据时,将一些无关紧要的数据压缩掉,允许一定的精度损失,压缩后的数据其有用信息虽然有所损失,但在允许和可控的范围内。常用的方法有主成分分析法和离散小波变换法等。;18.4.4 天线组阵技术　　为了提高对远距离微弱信号的接收能力,一方面可以增大地面站的天线口径,另一方面则可使用将来自多个天线的信号进行合成的天线组阵技术。天线组阵技术与单个天线相比,不但可以提高信号的信噪比,还可以获得更高的数据接收速率,且具有更强的操作性和更低的成本。因此,天线组阵技术成了深空通信中的关键技术之一。NASA 已将中小口径天线组阵技术与深空光通信技术和行星际通信网络技术并列为实现未来深空测控通信的三个主要技术途径。;　　在 NASA 伽利略木星探测任务中,由于探测器上的高增益天线失效,导致只能通过低增益S频段天线发送数据,通过使用天线组阵技术增加了3倍的科学数据返回量并有效地提高了接收信号的信噪比。组阵示意图如图18-3所示。;;　　未来深空任务对通信链路提出了更大的容量、更高的接收灵敏度、更强的可操作性等要求。为了满足这些要求,天线组阵技术不断地发