在轨卫星

2024-09-26

在轨卫星（精选4篇）

在轨卫星篇1

近日, 记者从中科院国家空间科学中心了解到, 新一代北斗卫星上使用“龙芯”处理器的星间链路计算机, 在开机后运行稳定、正常, 主频达到100MHz, 理论极限运算能力可达300MIPS (每秒百万指令) , 实用数据处理能力超过100MIPS。

“这是最终的检验。”中科院国家空间科学中心研究员、中科院复杂航天系统电子信息技术重点实验室副主任安军社在接受《中国科学报》记者采访时表示, 尽管装有“龙芯”处理器的计算机在地面经受住了力学、温度、真空和辐射等多方面的测试, 但在天上能正常运行才算真正证明了计算机的性能良好。

装有“龙芯”的星间链路计算机, 主要用于卫星自主运行和通信链路的数据处理。3月31日发射的北斗卫星首次使用中国制造的“龙芯”中央处理器, 使用“龙芯”处理器的星间链路计算机于4月20日正式开机。

“新一代北斗卫星是二代导航第一期的第一颗星, 暂时星间还没有可通讯的星, 因此‘龙芯’芯片目前还在处理星地间的通讯数据。”安军社说。

不过, 与新一代北斗卫星上采用进口芯片的星务计算机相比, 链路计算机的主频是前者的4倍, 实用数据处理能力是前者的8倍左右。

“链路计算机稳定运行, 表明我们真正掌握了处理器的技术, 证明了自己有能力实现国产替代, 不再在这个领域上受制于人。更重要的是, 我们可以慢慢地从跟踪模仿转变为自主发展。”安军社说。

在轨卫星篇2

1月10日,在委内瑞拉北部府在轨交付委内瑞拉一号通信卫星(“委昌卫星发射中心发射升空.这是中国首次瓜里科州埃尔松布雷罗的巴马里地面卫星星1号”)以及相关地面设备.“委星1号” 向拉丁美洲用户提供整星出口和在轨交付主站,中国长城工业总公司向委内瑞拉政于北京时间10月30日在中国西服务.

作者：张笑然作者单位：刊名：太空探索英文刊名：SPACE EXPLORATION 年，卷(期)： “”(3) 分类号：关键词：

在轨卫星篇3

导航卫星是卫星导航系统中的主要组成部分, 而导航卫星有效载荷是完成导航相关业务的核心, 导航卫星发射入轨后需要对其有效载荷进行在轨测试, 在轨测试的主要任务是: 对入轨后的卫星有效载荷功能与性能指标及卫星工作状态进行全面测试与评估, 检验卫星状态是否具备组网工作并提供服务的能力。在轨测试需要配有专用的测试设备完成测试任务, 目前, 美国的GPS系统、俄罗斯的GLONASS系统以及正在建设的欧洲Galileo系统[1], 其导航卫星入轨后都会进行充分的在轨测试试验, 并且各导航系统均建有专用的在轨测试系统支撑在轨测试任务的开展。因此, 对于我国正在建设的北斗导航系统, 根据有效载荷在轨测试的需求研制专用且完备的在轨测试系统是非常必要的。

1 导航卫星有效载荷组成

在轨测试系统的测试对象是导航卫星有效载荷, 根据导航卫星有效载荷的功能划分, 其核心设备主要包括时频基准设备、扩频测距接收设备、星上处理设备和导航信号产生设备等[2,3], 这些设备的协同工作完成导航卫星的导航业务运行。

时频基准设备是整个有效载荷的心脏, 它提供的时间基准直接影响着导航卫星的功能和性能; 扩频测距接收设备接收地面信号, 完成地面注入信息的接收和星地测距; 星上处理设备是导航卫星有效载荷的信息处理中心, 完成导航信息产生、星历计算和数据加密等工作; 导航信号产生设备根据星上处理分系统提供的导航信息, 产生下行导航信号进行全球播发[4,5]。

2 在轨测试系统组成与测试原理

2. 1 在轨测试系统组成

导航卫星有效载荷在轨测试系统通过与导航卫星建立星地信号收发链路, 完成对有效载荷的功能、性能的全面测试。针对导航卫星有效载荷的功能划分, 在轨测试系统主要由天线设备、时频设备、注入信号生成设备、导航信号接收设备、信号质量监测设备和测试控制与评估设备组成, 系统组成框图如图1所示。

2. 1. 1 天线

由于导航卫星多为20 000 km的高轨道MEO卫星, 在轨测试任务执行时, 要完成对卫星的上行信号注入、导航信号的接收, 需要采用高功放及实时跟踪的大口径天线, 满足地面上行注入信号发射和卫星扩频测距接收设备测试需求; 同时, 大口径天线可以提供高信噪比下行导航信号给导航信号接收设备和信号质量监测设备, 完成卫星导航信号产生设备的测试。

2. 1. 2 时频设备

时频设备由高精度原子钟、信号分配和保持设备组成, 可以为在轨测试系统其他设备提供精确、稳定、统一的时频基准信号。

2. 1. 3 上注信号生成设备

上注信号生成设备可以按照卫星信号和信息格式产生上行注入信号, 将注入信息和控制指令通过天线发送给导航卫星, 完成卫星扩频测距接收设备的测试。

2. 1. 4 导航信号接收设备

导航信号接收设备接收卫星下发的导航信号, 实现对导航信号的伪距测量、载波相位测量、多普勒测量和电文解析等功能, 完成卫星导航信号产生设备的测试[6]。

2. 1. 5 信号质量监测设备

信号质量监测设备对大口径天线送来的导航信号进行综合处理, 完成下行导航信号的频谱、功率、测距码与信息码等性能的测量和分析, 评价导航信号的综合性能[7]。

2. 1. 6 测试控制与评估设备

测试控制与评估设备是在轨测试系统的控制中心和数据处理中心, 主要任务是模拟产生测试需要的数据和信息, 调度所有的在轨测试设备产生相应的测试信号, 并接收在轨测试设备输出的原始观测量。同时, 测试控制与评估设备对测试数据进行分析处理, 并对测试结果进行评估。

2. 2 在轨测试系统的测试原理

导航卫星有效载荷的在轨测试通过在轨测试系统与被测卫星建立星地双向的收发链路, 从信号层面和信息层面对有效载荷进行全面的测试。

在测试控制与评估设备的控制下, 上注信号生成设备产生上行注入信号, 通过天线发送给被测卫星, 建立上行收发链路。上行注入信号生成设备根据测试需要产生不同电平、不同干扰形式和不同注入数据的信号, 对星上扩频测距接收机和星上处理设备的信号接收和信息处理能力进行测试; 同时, 在轨测试系统信号质量监测设备和导航信号接收设备通过大口径天线接收卫星的下行导航信号, 建立下行收发链路。信号质量监测设备对下行导航信号从信号质量层面进行分析评估, 对卫星导航信号生成设备信号质量进行测试, 导航信号接收设备对导航信号进行精密伪距测量和下行电文的解析, 完成星上处理设备和卫星导航信号生成设备的综合测试。

3 在轨测试系统关键技术分析

3. 1 注入信号的高精度时延调整

在轨测试系统在进行卫星时频基准设备测试时, 需要调整注入信号的时延来模拟星地钟差的变化, 这要求上注信号产生设备具备时延调整功能, 且调整精度要高。

在轨测试系统采用基于直接数字信号合成的方法实现注入信号的高精度时延控制。上注信号产生设备在基带FPGA内部搭建高精度的DDS模块, 通过对DDS模块的相位控制字进行调整, 使得驱动伪码生成器的伪码时钟相位发生变化, 完成注入信号时延的调整[8], DDS模块原理框图如图2所示。假设FPGA内部参考时钟为92. 07 MHz, 伪码时钟为10. 23 MHz, 若时延控制精度为0. 2 ns, 设定相位控制字的位宽为9, 则时延调整精度为:

满足假设精度0. 2 ns的指标要求。

3. 2 导航信号质量的多域测试与评估

导航信号质量的好坏直接决定着其所提供服务性能的好坏, 因此, 导航信号质量评估是导航卫星在轨测试的重要任务。在轨测试系统通过导航信号质量监测设备, 从“4个域”的角度来评估导航信号的质量, 这“4个域”分别为: 时域、频域、调制域和相关域。

3. 2. 1 导航信号时域监测与评估

导航信号的时域可以直观地体现信号的异常, 利用眼图可以分析伪码信号的性能。导航信号质量监测设备对采集的数据进行捕获、跟踪, 去除信号中的载波和多普勒效应, 得到伪码信号, 然后用眼图来分析伪码信号的性能。使用该方法对GPS某卫星的信号进行测试, 采样率为8. 184 MHz, 根据眼图, 可以统计得到码片过零点时刻的分布情况。图3为码片过零点时刻分布的概率密度曲线。其中横坐标为时间, 纵坐标为概率密度, 表示在统计的信号中, 码片的过零点在该时刻的概率分布情况。从过零点时刻分布图可以看出, 幅值最大的点对应的时刻分别为366. 6 ns和1 344 ns。二者之差为977. 4 ns, 和理想码片的宽度 ( 1 /1. 023 MHz×109 ns =977. 52 ns) 比较吻合。

3. 2. 2 导航信号频域监测与评估

功率谱与功率监测通过对扩频信号和单载波信号进行谱分析, 评估信号功率、信号功率谱密度分布和带内杂散情况。在轨测试系统采用Welch法实现对导航信号的谱分析。采用Welch周期图法对某导航系统下行导航信号进行实测得到的带内功率谱如图4所示。

3. 2. 3 导航信号调制域监测与评估

调制性能与信噪比[9]之间能够找到确定关系, 而测距精度与载噪比之间也有比较确定的关系, 所以调制性能与测距精度之间也具有比较确定的关系。另外, 调制性能分析也可以像矢量信号分析仪一样使用矢量幅度误差 ( EVM) 来描述调制性能[10], EVM与信噪比的关系为:

在卫星导航中能够按ICD要求显示BPSK/QPSK / BOC / ALTBOC等各种信号的星座图, 并以波形品质因数作为评估标准, 波形品质因数与EVM和SNR的关系可表示为:

信号质量监测设备对某导航系统下行导航信号的调制性能测试输出结果如图5所示。

3. 2. 4 导航信号相关域监测与评估

相关峰测试主要采用多相关器技术[11], 在信号跟踪过程中复现信号的自相关峰。信号质量监测设备采用软件接收机的方法, 在跟踪环路中增加多组相关器。多相关的监测接收机是附加N路相关器通道, 每路通道的相关器与即时通道相关器保持固定的码片间距, 从而监测通道可以输出接收信号与本地信号不同码片间距的相关值, 通过判断这些相关值组成的相关峰的对称性与平滑性来判断信号是否出现异常[12]。

3. 3 测试任务的自动化处理

在轨测试系统需要完成导航卫星有效载荷的功能和性能测试, 测试任务种类繁多, 测试任务要求完整、严密, 这需要在轨测试系统具有完整、准确的自动运行和自动控制能力来支持在轨测试任务。

在轨测试系统测试任务的自动化的实质是一个多输入单输出的反馈控制问题。系统的输入包括:外部控制命令、测试计划、设备状态和时间事件等, 输出是指生成的控制序列和系统运行状态的变迁。在轨测试系统采用基于有限状态机模型的自动运行处理技术实现整个系统的自动运行, 可以根据事件驱动的扩展有限状态机模型来设计在轨测试系统自动运行的过程。一个事件驱动的扩展有限状态机M是一个5元组M = ( S, S0, ∑, x, T) , 其中S = ( S0, S1, ……, Sn - 1) 是状态集合; S0∈S是初始状态; ∑是事件集合, 事件由事件名称和事件参数组成; x是一系列内部变量组成的向量; T是转换集合, 其中的任意元素是一个5元组t = < s, s', e ( y) , P ( x, y) , A ( x, y) > , 其中s为转换t的头状态; s'为状态转换t的为伪状态; P ( x, y) 是作用在输入参数变量y和内部变量向量x上的转换条件, 而A ( x, y) 则是一系列的赋值操作, 根据x, y的当前值来更新向量x。在轨测试系统自动运行和控制过程如图6所示。

在轨测试系统的自动运行基于测试计划、系统的运行状态和系统测试数据。在测试计划执行过程中, 系统能够根据测试计划自动生成各个设备的控制序列, 并根据时间戳信息执行命令序列, 系统根据命令的执行结果和设备状态完成系统的状态迁移。这样整个系统的运行模型是一个确定的、可复位的有限状态机模型。

4 结束语

根据对导航卫星有效载荷的分析, 提出了在轨测试系统的基本设备组成, 并对在轨测试系统设计中关键技术的实施方法进行了论述, 证明系统设计的可行性。我国即将建设北斗全球导航系统, 专用的在轨测试设备是全球导航系统中的重要组成部分, 本文对我国在轨测试系统的设计具有借鉴意义。

参考文献

[1]朱筱虹, 徐瑞, 赵金贤, 等.卫星导航标准现状分析[J].无线电工程, 2010, 40 (12) :31-34.

[2]周宇昌, 李孝强, 曹贵兴.导航卫星有效载荷技术现状与发展趋势[J].空间电子技术, 2003 (3) :9-21.

[3]陈秀万, 方裕.伽利略卫星导航系统[M].北京:北京大学出版社, 2005:48-51.

[4]寇艳红.GPS原理与应用 (第2版) [M].北京:电子工业出版社, 2007:437-472.

[5]徐福祥.卫星工程[M].北京:中国宇航出版社, 2004:214-215.

[6]管吉兴, 陈荣, 高跃清.一种扩频接收机的设计分析[J].无线电通信技术, 2011, 37 (5) :58-61.

[7]王宏兵, 刘昌洁.卫星导航信号质量监测系统及应用[J].全球定位系统, 2009 (6) :60-62.

[8]傅玉朋, 李明浩, 吕进华.DDS技术的FPGA设计与实现[J].大连民族学院学报, 2004, 6 (3) :46-47.