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天地通是什么?

作者:admin 發(fā)布時間: 2024-07-20 10:12:52

簡介:】天地通信是指空間飛行器與地面指揮控制中心之間的通信。其主要功能是完成空間飛行器的遙測與遙控信息、視頻圖像信息、天地話音信息等的傳輸[1]。中文名天地通衛(wèi)星外文名Hea

天地通信是指空間飛行器與地面指揮控制中心之間的通信。其主要功能是完成空間飛行器的遙測與遙控信息、視頻圖像信息、天地話音信息等的傳輸[1]。

中文名

天地通衛(wèi)星

外文名

Heaven and earth pass satellite

功能

同時與多航天器進行通信

系統(tǒng)構成

測控通信網、天地通信中心系統(tǒng)

優(yōu)勢

高覆蓋、低干擾、不間斷通信

簡介

在幾乎所有載人航天任務中,天地往返運輸、航天員出艙活動、航天器在軌裝配、航天器資源補加、太空救援、航天器在軌服務、深空探測等,都離不開天地通信系統(tǒng)中話音和圖像通信的支持。而在包括導引、交會、連接(對接或??浚?、聯(lián)合飛行、分離等一系列任務的載人航天器交會對接任務中,涉及的目標航天器和追蹤航天器這2類航天器,更需要天地通信系統(tǒng)提供全程連續(xù)不間斷的天地話音圖像通信保障。

在載人交會對接、航天員中長期駐留天地往返乘組輪換、空間站消耗品補給、航天員通過應急飛船撤離等過程中,都存在2個或2個以上多航天器目標需要同時與地面進行通信的狀態(tài)

系統(tǒng)結構與原理

天地通信系統(tǒng)組成

天地通信系統(tǒng)包括航天器天地通信系統(tǒng)和地面天地通信系統(tǒng)。

地面天地通信系統(tǒng)主要由陸、海、天基載人航天測控通信網和天地通信中心系統(tǒng)組成。載人航天測控通信網 包括TDRSS(Tracking and Data Relay Satellite System,跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng),簡稱中繼衛(wèi)星系統(tǒng))、USB(Unified S-Band,統(tǒng)一 S頻段)測控通信系統(tǒng)、各USB測控站(船)、中繼衛(wèi)星終端站至天地通信中心系統(tǒng)間各類信息傳輸網絡

空間站工程天地通信手段

空間站工程天地話音和圖像通信對象包括載人飛船、貨運飛船、核心艙和實驗艙等4種航天器。天地通信鏈路主要為中繼鏈路和USB鏈路??臻g站階段,多航天器目標天地通信支持由陸、海、天基測控通信網共同完成。其中,TDRSS系統(tǒng)作為天基網,采用 三星組 網方式,具 有通信 覆蓋 率高、數(shù)據(jù)傳輸速率大和能對多個目標跟蹤等特點,成為多航天器支持的主要手段;陸、?;?USB系統(tǒng)采用全球布站方式,包括多個固定站、船站和車載站,可較好應對航天器大姿態(tài)變化和快速姿態(tài)變化,成為多航天器支持的重要手段,并為關鍵弧段測控通信信息可靠傳輸提供有效的保障

TDRSS系統(tǒng)工作原理

1)TDRSS系統(tǒng)組成和基本原理

中繼衛(wèi)星系統(tǒng)主要包括用戶星(用戶航天器)、中繼衛(wèi)星、中繼終端站等。

用戶星—中繼星—中繼終端站的通信鏈路稱為返向鏈路,中繼終端站—中繼星—用戶星的通信鏈路稱為前向鏈路。用戶航天器要傳給地面的遙測數(shù)據(jù)、話音和圖像等信息,經星間通信鏈路發(fā)向中繼衛(wèi)星,中繼衛(wèi)星再使用星地通信鏈路將其轉發(fā)到中繼終端站,并在終端站進行射頻解調,解調信號經線路傳輸至天地通信中心進行解碼、恢復。

2)TDRSS系統(tǒng)多目標支持技術原理

一般中繼衛(wèi)星上布設多個高增益拋物面天線和相控陣天線,當2個及2個以上目標距離較遠,不在1顆中繼衛(wèi)星覆蓋范圍內時,可采用2顆中繼衛(wèi)星同時跟蹤多個目標;若1顆中繼衛(wèi)星可同時覆蓋多目標,則采用多波束地面形成技術,產生多個波束分別對準不同航天器,實現(xiàn)多航天器目標的同時測控通信。

當2個及2個以上目標距離較近,處于1顆中繼衛(wèi)星同一點波束內時,則前向鏈路采用廣播方式,返向鏈 路 利 用 多 用 戶 檢 測 技 術 恢 復 多 目 標 的 數(shù)據(jù)。采用點波束向多個目標發(fā)前向數(shù)據(jù)時,中繼終端站并行配置多個前向信道,對k個不同目標的前向數(shù)據(jù)分別進行信道編碼和擴頻調制:每個目標分1個擴頻碼〔即高速 PN(偽隨機)碼〕,PN1~PNk表示k個目標 使 用 的k個PN碼,每個 PN 碼將對應目標的前向數(shù)據(jù)調制到很寬的頻帶上。擴頻調制后的信號再通過各自的相移鍵控調制;然后,k個目標的基帶調制信號相加合成C(t)信號;合成信號經射頻調制、放大后通過星地鏈路發(fā)送至中繼衛(wèi)星;中繼衛(wèi)星將星地頻段轉為星間頻段,然后將組合數(shù)據(jù)同時發(fā)送至多個航天器;組合數(shù)據(jù)經不同用戶航天器中繼天線接收處理及基帶相關解調后恢復出相應的前向信號。

中繼衛(wèi)星系統(tǒng)接收多個目標發(fā)送的返向數(shù)據(jù)的過程如下:各個目標通過星間鏈路分別發(fā)送返向信號至中繼衛(wèi)星;中繼衛(wèi)星將不同目標信號合成,進行星間到星地頻段的轉換,透明轉發(fā)數(shù)據(jù)至中繼終端站;中繼終端站設置多個返向接收信道,并產生各個目標對應的擴頻碼,完成相應信號的解擴、解調和譯碼后,恢復相應的返向數(shù)據(jù)。

在2顆中繼衛(wèi)星接力跟蹤時,接力中繼衛(wèi)星同時接收多航天器下行數(shù)據(jù),但只在航天器上中繼天線跟蹤切換到接力衛(wèi)星后,才由接力衛(wèi)星發(fā)送上行數(shù)據(jù)。

USB系統(tǒng)工作原理

USB系統(tǒng)使用集測軌、遙測、遙控、數(shù)傳和話音多功能合一的統(tǒng)一載波天線,即采用QPSK(Quad-rature Phase Shift Keying,四相相移鍵控)調制與多副載波/載波調制相結合的綜合體制,先把遙控和話音等信號對各自不同的副載波進行調制,然后再對主載波進行調制,調制后的信號經射頻向空間航天器發(fā)射,空間航天器通過應答接收機接收解調。

天地通信中心結構和工作原理

1)天地通信中心系統(tǒng)組成及信息流程

天地通信中心系統(tǒng)主要包括話音、圖像和監(jiān)控等多個子系統(tǒng)。話音和圖像子系統(tǒng)一般包括話音、圖像數(shù)據(jù)處理單元,話音、圖像終端,模擬話音、圖像處理單元,話音、圖像數(shù)據(jù)記錄回放單元;而監(jiān)控子系統(tǒng)通常包括監(jiān)控處理計算機等。一般來說,天地通信中心天地話音、圖像信息。話音、圖像數(shù)據(jù)處理單元作為數(shù)據(jù)交換中心,采用網絡接口,完成 USB 和中繼鏈路話音、圖像數(shù)據(jù)的雙向收發(fā)處理。

模擬話音、圖像處理單元與各話音、圖像終端的音頻接口以及需要使用這些信息的用戶群組相連,完成各類航天器下行、地面上行模擬話音的分配、匯集。將進入不同航天器用戶組的選優(yōu)話音接入數(shù)字擴聲系統(tǒng),完成向多指揮廳的擴聲。將圖像信息進行處理后,送指揮廳的大屏幕進行顯示,同時也可以發(fā)送圖像信息到指揮顯示網絡,供相關用戶使用。

監(jiān)控子系統(tǒng)主要完成對話音、圖像設備和天地通信系統(tǒng)的狀態(tài)監(jiān)控,話音圖像數(shù)據(jù)記錄回放單元完成話音圖像數(shù)據(jù)的記錄與記錄數(shù)據(jù)文件的回放。

2)天地通信中心系統(tǒng)多目標支持原理

1)多鏈路多航天器多格式上下行(前返向)話音、圖像數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。天地通信中心可以依據(jù)不同航天器的飛行計劃和空間位置,由監(jiān)控處理計算機按照預先制定的上行數(shù)據(jù)發(fā)送策略,控制話音、圖像數(shù)據(jù)處理單 元,使其經 由中繼衛(wèi)星 鏈路和(或)USB鏈路同時向正在跟蹤的多個航天器發(fā)送多種格式的上行話音和圖像數(shù)據(jù);并使其接收處理來自中繼鏈路、USB鏈路的多航天器多格式天地話音和圖像數(shù)據(jù)。

2)話音和圖像終端基于網絡的熱備份。話音和圖像終端備份采用基于網絡的n+k(n=2k)工作模式,其中n為工作的話音和圖像終端數(shù)量,k為熱備份的話音和圖像終端數(shù)量,這樣保證了話音和圖像終端可冗余備份并動態(tài)切換。按監(jiān)控處理計算機指令,可同時轉發(fā)最多n+k路多航天器多鏈路天地話音、圖像數(shù)據(jù)至終端并解碼。

3)話音和圖像終端設計為多格式自適應解碼方式。話音和圖像終端能依據(jù)數(shù)據(jù)中的標志碼,判斷識別數(shù)據(jù)格式并自適應解碼。這樣針對不同航天器數(shù)據(jù),可分時使用同一終端進行解碼。

4)用戶分組和數(shù)字擴聲系統(tǒng)的動態(tài)可配置。解碼恢復的模擬話音在靈活的用戶分組和動態(tài)可調數(shù)字擴聲系統(tǒng)的共同作用下,可以保障地面中心多個指揮廳與多航天器協(xié)同指揮通信,或各自獨立成組進行組內雙向通信。

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