usb体制及测控技术相关

最近做的项目是基于USB体制下的相关算法,于是找了些资料把这个体制给了解了一下,在此做一下总结。

USB体制来源

USB(Unified S Band)全称统一S波段测控体制,最早是由美方提出并在1966年用于“阿波罗”登月计划,为解决原测控网中多种频段设备的复杂、电磁兼容性差、作用距离不够等问题缺陷,将跟踪测轨、遥控、遥测综合为一体,为测控技术发展史上的一个里程碑[1]

到1979年,世界无线电管理会议决定以S波段作为空间业务频段以后,更促进了USB的进一步发展。到了80年代,USB又被纳入国际空间数据系统咨询委员会(CCSDS)标准,并已为世界上多数国家共同接受,为有利于开展国际合作,世界上许多国家都按此建造统一S波段系统,使USB得到了进一步的推广和发展。世界上各航天国家如:中、美、前苏联、法、日、德、巴、印以及国际航天组织(如欧空局、阿拉伯卫星通信组织,亚州卫星通信组织)都相继建立了自己的USB和UCB(统一C波段)测控系统,使统一载波测控系统如雨后春笋般地出现在地球上。

在找到的一篇ccsds介绍中提到了我国最早应用USB体制的卫星[2]

从九十年代开始我国的航天测控系统开始采用统一S波段测控体制(USB),在射频与调制的物理层采用了CCSDS标准,与此同时我国也在链路层以上的高层协议上研究采用CCSDS标准。1999年5月10日发射的实践五号卫星,在我国是第一个采用 USB测控体制的航天器,也是第一个采用CCSDS-AOS高级在轨系统标准的航天器。此后我国与欧空局合作的空间科学探测项目“双星计划”的两颗卫星“探测一号”和“探测二号”卫星的数传数据不但完全采用CCSDS-AOS高级在轨系统标准,而且向CCSDS组织正式申请了飞行器识别符。

USB基本原理

测控通信系统是卫星系统的五大系统之一、载人航天系统的七大系统之一,完成对飞船的测轨、遥控、遥测、话音通信和电视传输等重要作用[3]
对于遥测、遥控、测速等概念可参考文献[4]

国际上对于航天测控定义为:“Tracking, Telemetry&Command”(缩写TT&C),中文通常称“跟踪,遥测及遥控”。

相对于以前不同功能采用不同载波的方式,USB体制如其名字所体现的是“统一载波”:将遥测、遥控、跟踪信号先用bpsk调制在多个副载波上,再用PM调制在一个载波上,进而搬移至S波段发射。在接收上与调相对应的锁相技术是其重要技术之一。
文献[3]中总结了载人航天USB测控系统的综合化、高可靠性、高测轨精度、抗组合干扰、数字化、大动态控制、目标快速捕获等关键技术。其中对综合化中的“五合一”信号设计,我觉得可以帮助理解USB体制的特点:

“五合一”信号设计
(1) 频分制的下行双载波: 一个用于测控(TT&C),另一个用于数传(DDT)。TT&C 和 DDT 可同时存在。
(2) 频分制的 TT&C 副载波: 下行为遥测和测距音组三种副载波,上行为遥控、话音和测距音组等四种副载波, TT&C 载波采用调相/调相(PM/PM)调制。
(3) 时分制的 DDT 载波: 完全用作数据传输,采用 PCM/QPSK 调制。以2兆比特/秒码速传输下行话音、电视、遥测、GPS、交会雷达和科学实验数据等多路信息。
(4) FM 遥测载波: 航天器可用另一个载波发射高码速的遥测信号,调制方式为 PCM-FM 。 TT&C 和 FM 可同时存在,为频分工作。

相关发展及感想

虽然吹了USB体制这么多,目前也确实是相对成熟的一套体制,,不过其一些缺点不足我觉得也是有的,如设备重复度高,这是频分复用的特点造成的;保密的问题;多目标测控时副载波之间的干扰等。
为了往未来天基测控进而深空测控的方向发展,其使用的各种技术都还会提升,如使用扩频测控,频带往更高的频段发展等等。当然这些都是后话了,作为一个小硕我还是老老实实地去想算法写代码吧 ( >﹏<。)~

Reference

  1. 刘嘉兴. 航天测控技术的过去、现在和未来、现在和未来[J]. 电讯技术,1999,02:3+5-10.
  2. CSDS 概述 - 国家空间科学中心 - 中国科学院
  3. 刘嘉兴. 载人航天USB测控系统及其关键技术[J]. 宇航学报,2005,06:743-747.
  4. 饶启龙. 航天测控技术及其发展方向[J]. 信息通信技术,2011,03:77-83.