环绕器多频段多通道组合深空中继转发系统
阅读说明：本技术 环绕器多频段多通道组合深空中继转发系统 (Multi-band multi-channel combined deep space relay forwarding system of surround device ) 是由 王民建 朱新波 何春黎 李金岳 牛俊坡 褚英志 张嵬 陆希 王森 徐亮 于 2021-09-03 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种环绕器多频段多通道组合深空中继转发系统,UHF中继通信机和UHF微波网络连接,UHF接收天线和UHF发射天线均连接UHF微波网络；UHF接收天线和UHF发射天线用于连接着陆器/星车UHF收发信机；X中继通信机和X中继接收微波开关连接,X中继接收微波开关和X中继两维驱动机构连接,X中继两维驱动机构和X中继接收天线连接；X中继接收天线用于连接火星车X频段深空应答机。本发明通过中继转发系统实现了着陆器前返向数据与地球的高速交互,弥补了着陆器直接对地测控数传链路能力弱的缺点,不仅适用于火星探测任务,而且可以作为后续深空及以远探测任务的参考。(The invention provides a multi-band multi-channel combined deep space relay forwarding system of a surround device, wherein a UHF relay communication machine is connected with a UHF microwave network, and a UHF receiving antenna and a UHF transmitting antenna are both connected with the UHF microwave network; the UHF receiving antenna and the UHF transmitting antenna are used for connecting the lander/satellite vehicle UHF transceiver; the X relay communicator is connected with an X relay receiving microwave switch, the X relay receiving microwave switch is connected with an X relay two-dimensional driving mechanism, and the X relay two-dimensional driving mechanism is connected with an X relay receiving antenna; the X relay receiving antenna is used for being connected with an X frequency band deep space transponder of a mars vehicle. The invention realizes the high-speed interaction between the forward return data of the lander and the earth through the relay forwarding system, overcomes the defect of weak capability of the direct earth measurement and control data transmission link of the lander, is not only suitable for Mars detection tasks, but also can be used as a reference for subsequent deep space and remote detection tasks.)
技术领域
本发明涉及航天技术领域，具体地，涉及一种环绕器多频段多通道组合深空中继转发系统。
背景技术
受探测器规模限制，深空探测的着陆器直接对地测控数传链路能力弱，为满足后续更加复杂的航天任务中对多种不同类型航天器实施联合控制的需求，需要在着陆器与环绕器之间构建小范围、双向、多模式的中继通信链路，在整个阶段实现与地球的前返向数据的高可靠交互。
国外深空探测器和着陆器系统仅仅采用一种模式的中继通信系统，比如美国NASA和欧盟ESA的火星探测器，其着陆器和环绕器之间只存在一条UHF中继转发通道，仅在近火阶段可以实现较高码率的通信，在远火或者科学探测轨道时，就无法及时的将火星车的数据传输到地球。
公开号为CN108494472A的专利文献公开了一种天基深空中继通信卫星组网系统，所述系统包括：航天器和地面站，所述航天器包括：UNICON日心星座和地球同步轨道星座；所述日心星座包括6颗通过星座布局位于日心轨道上的UNICON通信卫星，所述地球同步轨道星座包括3颗位于地球同步轨道上的GEO卫星；用户深空探测器将数据传送至UNICON日心星座，然后通过地球同步轨道星座发送至地面站；每个UNICON通信卫星的顶部设置2个激光通信望远镜，每个激光通信望远镜能够沿纵轴进行180度旋转，从而实现360度扫描，使每两颗通信卫星之间能够进行激光通信。公开号为CN105306095A的专利文献公开了一种快速捕获中继卫星测控系统信号的方法及系统，该方法的步骤为：S1：模数转换；综合数字基带设备通过高速模数转换器对模拟中频信号进行带通采样，得到数字中频信号；S2：降采样处理；S3：实现捕获处理时间小于数据采样时间；控制两个存储器实现数据流的无缝缓存，缓存深度即为进行相干积分的采样点数，两个存储器之间的切换间隔即为捕获数据的采样时间；S4：实现信号动态范围的搜索；按照一次数据采样周期输出一个频率搜索单元结果的速度，采用2轮频率搜索收敛多普勒频率范围，并在第3轮相位搜索中获得缓存数据的码相位偏移量，该系统用来实现上述方法。公开号为CN103944628A的专利文献公开了一种小卫星中继数传与对地数传的一体化结构，该结构体积小、质量小以及功耗小，属于卫星结构设计技术领域，该结构包括调制器、滤波器、功率放大器、开关矩阵、对地数传天线和中继数传天线；输入信号经过调制器将信号调制到ka频段后输出给滤波器，滤波器滤除信号的带外噪声后输出给功率放大器，功率放大器对信号进行功率放大处理后通过传输波导传输给开关矩阵，开关矩阵对信号的流向进行切换。公开号为CN213817780U的专利文献公开了一种双层卫星数据中继系统，它包括第一层GEO卫星中继系统和第二层低轨(Low Earth Orbit，LEO)卫星星座层；第一层GEO卫星由至少三颗GEO卫星组成，第二层LEO星座层包括至少6个星座单元；每个星座单元包括至少6颗近邻轨道卫星，每个GEO和LEO卫星即是数据包的转发节点，又是用户星的接入节点；LEO星座层为共地面轨迹星座，且每个卫星采用地球回归轨道，即LEO星座层为“回归-共地面轨迹”星座；LEO卫星之间形成第一激光链路；LEO卫星与GEO卫星之间形成第二激光链路、GEO卫星之间形成第三激光链路；三组激光链路组成双层卫星数据中继系统的数据中继骨干链路。但是上述专利文献均不涉及深空的中继通信系统的设计。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种环绕器多频段多通道组合深空中继转发系统。
根据本发明提供的一种环绕器多频段多通道组合深空中继转发系统，包括UHF频段双向收发中继转发通道和X频段单向接收中继转发通道；
所述UHF频段双向收发中继转发通道包括UHF中继通信机、UHF微波网络、UHF接收天线及UHF发射天线；
所述UHF中继通信机和所述UHF微波网络连接，所述UHF接收天线和所述UHF发射天线均连接所述UHF微波网络；所述UHF接收天线和所述UHF发射天线用于连接着陆器/星车UHF收发信机；
所述X频段单向接收中继转发通道包括X中继通信机、X中继接收微波开关、X中继两维驱动机构及X中继接收天线；
所述X中继通信机和所述X中继接收微波开关连接，所述X中继接收微波开关和所述X中继两维驱动机构连接，所述X中继两维驱动机构和所述X中继接收天线连接；所述X中继接收天线用于连接火星车X频段深空应答机。
优选的，所述UHF中继通信机包括基带模块A和基带模块B，所述基带模块A和所述基带模块B均连接所述UHF微波网络。
优选的，所述UHF微波网络包括UHF开关、接收滤波器及发射滤波器；
所述UHF开关连接所述接收滤波器连接、所述发射滤波器连接、所述UHF中继通信机连接；
所述接收滤波器和所述UHF接收天线连接，所述发射滤波器和所述UHF发射天线连接。
优选的，所述UHF开关包括UHF开关Ⅰ、UHF开关Ⅱ、UHF开关Ⅲ、UHF开关Ⅳ及UHF开关Ⅴ；
所述UHF开关Ⅰ连接所述UHF中继通信机、所述UHF开关Ⅱ、所述UHF开关Ⅲ；
所述UHF开关Ⅱ连接所述发射滤波器连接、所述UHF开关Ⅲ；
所述UHF开关Ⅲ连接所述UHF中继通信机；
所述UHF开关Ⅳ连接所述UHF中继通信机、所述UHF开关Ⅴ；
所述UHF开关Ⅴ连接所述接收滤波器。
优选的，还包括衰减器，所述衰减器的输入端连接所述UHF开关Ⅴ，所述衰减器的输出端连接所述UHF开关Ⅳ。
优选的，还包括第一大负载和第二大负载，所述第一大负载连接所述UHF开关Ⅰ，所述第二大负载连接所述UHF开关Ⅱ。
优选的，还包括第一小负载和第二小负载，所述第一小负载连接所述UHF开关Ⅲ，所述第二小负载连接所述UHF开关Ⅴ。
优选的，所述X中继接收微波开关采用同轴开关。
优选的，所述X中继接收天线为窄波束抛物面天线。
优选的，所述X中继通信机包括X中继通信机A和X中继通信机B,所述X中继通信机A和所述X中继通信机B均连接所述X中继接收微波开关。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明通过中继转发系统实现了着陆器前返向数据与地球的高速交互，弥补了着陆器直接对地测控数传链路能力弱的缺点；
2、本发明通过环绕器中继转发系统，弥补了着陆器直接对地测控数传链路能力弱的缺点，实现了着陆器和地面的高码率前返向数据交互，可适用于后续深空探测器中继转发系统的设计；
3、本发明不仅适用于火星探测任务，而且可以作为后续深空及以远探测任务的参考。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的环绕器多频段多通道组合深空中继转发系统的中继数据传输流程图；
图2为本发明的环绕器多频段多通道组合深空中继转发系统的系统图；
图3为本发明的环绕器多频段多通道组合深空中继转发系统的UHF微波网络的示意图；
图4为本发明的环绕器多频段多通道组合深空中继转发系统的X中继天线的示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
如图1～4所示，本实施例提供的一种环绕器多频段多通道组合深空中继转发系统，包括UHF频段双向收发中继转发通道和X频段单向接收中继转发通道，UHF频段双向收发中继转发通道包括UHF中继通信机、UHF微波网络、UHF接收天线及UHF发射天线，UHF中继通信机和UHF微波网络连接，UHF接收天线和UHF发射天线均连接UHF微波网络，UHF接收天线和UHF发射天线用于连接着陆器/星车UHF收发信机，X频段单向接收中继转发通道包括X中继通信机、X中继接收微波开关、X中继两维驱动机构及X中继接收天线，X中继通信机和X中继接收微波开关连接，X中继接收微波开关和X中继两维驱动机构连接，X中继两维驱动机构和X中继接收天线连接；X中继接收天线用于连接火星车X频段深空应答机。
X中继接收微波开关采用同轴开关。X中继接收天线为窄波束抛物面天线。X中继通信机包括X中继通信机A和X中继通信机B,X中继通信机A和X中继通信机B均连接X中继接收微波开关。
UHF中继通信机包括基带模块A和基带模块B，基带模块A和基带模块B均连接UHF微波网络。UHF微波网络包括UHF开关、接收滤波器及发射滤波器，UHF开关连接接收滤波器连接、发射滤波器连接、UHF中继通信机连接，接收滤波器和UHF接收天线连接，发射滤波器和UHF发射天线连接。UHF开关包括UHF开关Ⅰ、UHF开关Ⅱ、UHF开关Ⅲ、UHF开关Ⅳ及UHF开关Ⅴ，UHF开关Ⅰ连接UHF中继通信机、UHF开关Ⅱ、UHF开关Ⅲ，UHF开关Ⅱ连接发射滤波器连接、UHF开关Ⅲ，UHF开关Ⅲ连接UHF中继通信机，UHF开关Ⅳ连接UHF中继通信机、UHF开关Ⅴ，UHF开关Ⅴ连接接收滤波器。
UHF微波网络还包括衰减器，衰减器的输入端连接UHF开关Ⅴ，衰减器的输出端连接UHF开关Ⅳ。UHF微波网络还包括第一大负载和第二大负载，第一大负载连接UHF开关Ⅰ，第二大负载连接UHF开关Ⅱ。UHF微波网络还包括第一小负载和第二小负载，第一小负载连接UHF开关Ⅲ，第二小负载连接UHF开关Ⅴ。
实施例2：
本领域技术人员可以将本实施例理解为实施例1的更为具体的说明。
本实施例提供的一种环绕器多频段多通道组合深空中继转发系统，深空环绕器为着陆器提供2种中继转发通道：UHF频段双向收发中继转发通道和X频段单向接收中继转发通道。
UHF频段双向收发中继转发通道包括UHF中继通信机、UHF微波网络、UHF接收天线以及UHF发射天线等。X频段单向接收中继转发通道包括X频段中继通信机、同轴开关和X中继天线(含两维指向机构)。UHF频段双向收发中继转发通道包括单工接收、单工发射、双工发起、双工响应四种工作模式，为着陆器提供双向可靠的中继通信任务。UHF频段双向收发中继转发通道在环绕器和着陆器组合体状态下，长期飞行过程中具备小信息自检功能，分离后具备大信号通信功能。
UHF微波网络含有多个微波开关、接收滤波器、发射滤波器、大负载、小负载、大衰减器等部组件，可实现复杂的大小信号切换、主备份通道选择等功能。
X中继天线为窄波束抛物面天线，具有较高的天线增益，通过两维指向机构完成X中继天线与着陆巡视器的跟踪指向，可以为着陆器提供高速的返向中继服务。
根据两器之间距离以及数据量的传输需求，UHF频段双向收发中继转发通道和X频段单向接收中继转发通道可以组合使用。
在图1中，给出整个中继转发系统的工作流程，对于前向通道，地面站发送前向遥控帧数据到环绕器的中继转发系统，经转发系统转发到着陆器；对于返向通道，着陆器的数据可以通过环绕器的UHF中继或者X中继转发到地面，从而实现前返向数据与地面的交互。
针对器上遥控帧数据的高可靠要求，采用UHF中继转发通道下双工工作模式，接收方接收一帧确认一帧，通信中发送方能根据接收方的反馈信息对未发送数据进行自动重传，从而保证了数据的高可靠传输。
在图2中的中继转发系统中，结合图3中的UHF微波网络，可以实现UHF中继通道大小信号的选通和主备份通道的切换，在长期组合体飞行模式下，为了确保两器分离前UHF中继通道的正确性，通常会安排数次UHF中继通道的自检，此时将UHF微波网络选通至小信号工作模式，与着陆器在小信号模式下开展自检测试；在两器分离后，将UHF微波网络选通至大信号工作模式，与着陆器在进行正常的中继通信。
在图2的中继转发系统和图4的X中继天线，设计的X中继转发通道采用二维驱动机构的抛物面天线，天线增益较大，可以在较远距离实现高码率的中继数据传输。
本发明设计的UHF中继通道和X中继通道多模式组合方式，针对前向数据量较小以及返向数据较大的特点，可以在较远距离时使用前向UHF中继、返向X中继的工作模式，实现着陆器与地面高效率的信息交互。
本发明设计了一种多频段多模式深空中继转发系统，通过环绕器多通道多模式中继转发系统的组合使用，弥补了着陆器直接对地测控数传链路能力弱的缺点，实现了着陆器和地面前返向数据的高码率交互。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
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