基于北斗導航系統的全球天基測控技術

陳愷 江蘇無線電廠有限公司

全球天基測控技術是空間領域技術，也是當前世界各國都在研發的重要科學技術，通過全球天基測控技術的研發應用，能夠實現對全球范圍內的數據通信和目標測控。而在全球天基測控技術的研發中，發現天基測控技術中還存在數據傳輸安全以及數據傳輸效率等問題，而利用北斗導航系統應用可以實現全球天基測控技術的優化，實現全球天基測控技術的功能提升。

1 北斗導航系統的簡要介紹

北斗導航系統是當前我國自主研發的衛星定位系統，已經開始投入運行，并具有絕對良好的定位與導航功能。北斗導航系統是我國定位技術發展的新突破，也是我國衛星定位遙感技術踏入先進國家的標志，對我國定位技術的發展以及綜合國力的提升起到了非常關鍵的作用。當前，我國北斗導航系統已經完成了亞太地區衛星系統的布置，實現了亞太地區的精準定位，也為飛行器天基測控以及衛星通信帶來了便利條件。

北斗導航系統是我國科技力量發展中的重要模塊，早在1983年，我國就提出北斗計劃，希望能夠通過衛星地位對我國的海上航線提供良好的定位指導，以更好的發展海上經濟貿易。而隨著GPS衛星定位系統的廣泛應用，我國對于北斗導航系統的研發越來越重視。在2003年末段，我國同時完成了三顆北斗衛星的發射。并在此年開始啟動籌劃北斗二代衛星系統。而到了2012年我國北斗導航系統已經相繼發送多顆地球靜止軌道衛星 （GEO）、傾斜軌道衛星 （IGSO）以及中軌衛星（MEO）。當前，我國北斗衛星定位系統發展非常快，預計在2020年內完成所有衛星發送，從而實現北斗衛星定位系統對全球范圍內的覆蓋。

2 全球天基測控技術及其功能需求

全球天基測控技術是指利用衛星作為信號中繼站以及交換站，從而實現對任務目標的通信和測控，其具有全球范圍內的目標覆蓋功能，可以說是現代世界中覆蓋面積最廣的定位監控系統。天基測控技術是利用空間衛星完成數據傳輸和測控，所以相比于陸/海基測控，其測控覆蓋范圍更廣。另外，從天基測控技術的數據傳輸角度和數據安全角度進行分析而言，全球天基測控技術進行數據傳輸的過程中選擇使用到中低軌衛星進行中轉傳輸，從而很大程度上提高衛星數據的傳輸效率以及安全性。所以，全球天基測控技術在當前軍事領域以及國家建設當中有良好的應用。

全球天基測控技術中應用中主要包括境內地面站系統以及中繼系統兩大部分，而其在具體數據通信中，地面站系統可以與地面測控目標直接進行通信，中繼站系統也可以通過地面站系統與測控目標完成通信和測控。但是，在實際的測控通信中，地面站系統還存在有不可視區域，不可視區域中，地面站系統不能夠對天基測控目標進行通信和測控，所以在天基測控技術當前的應用和發展過程中，應該建立星地以及星間鏈路，從而實現全球天基測控技術中全方位的定位監測。

3 北斗導航系統在天基測控技術當中的具體應用

北斗導航系統的建立和布置為飛行器天基測控以及衛星通信帶來了便利條件，所以在天基測控技術發展中應用到北斗導航系統，對于天基測控系統的發展具有重要意義。當前，相關研究專家已經試驗研究了基于北斗衛星的空間飛行器天基測控系統，利用北斗衛星系統的有效結合，對全球天基測控系統的飛行器進行實時監測， 其中包括飛行軌跡、時序狀態以及設備實時工作狀態監測等內容，從而實現了天基測控技術的功能優化。以下圖1 基于北斗衛星的空間飛行器天基測控系統為基于北斗衛星的空間飛行器天基測控系統結構圖。

圖1 基于北斗衛星的空間飛行器天基測控系統結構圖

通過圖1進行分析，系統主要包括監控中心系統、全球天基測控飛行器系統以及北斗衛星系統三部分組成，通過系統三部分的連接工作，實現北斗衛星定位系統與空間飛行器天基測控系統的有效結合。在北斗衛星空間飛行器天基測控系統具體功能實現中，在天基測控系統中安裝有北斗衛星測控終端以及相控陣天線，從而實現了天基測控系統與北斗衛星之間的聯系，并且通過相控陣天線來完成數據獲取和指令傳輸。另外，北斗衛星還與地面站監控系統相互聯系，地面站監控系統實現了衛星的良好定位和命令發送，從而實現地面系統與飛行器天基測控系統之間的聯系。在整個系統當中北斗衛星系統起到了中繼站的作用，加強了空間飛行器天基測控系統的數據通信效率以及數據通訊安全。以下是對基于北斗衛星的空間飛行器天基測控系統的具體分析。

3.1 地面監控系統

在基于北斗衛星的空間飛行器天基測控系統正常運行工作中，地面監控系統起到了非常關鍵的作用。其主要功能就是為了實現地面監控站中心與北斗衛星導航系統之間的聯系，從而對空間飛行器天基系統參數回來的監控信息進行接收、分析、研究以及儲存，并且客觀的分析天基測控系統飛行器裝置的具體工作狀態。而地面監控系統完成數據分析以及飛行器分析之后，根據分析結果回傳正確的執行指令，完成地面控制工作。

3.2 北斗衛星系統

在整個北斗衛星的空間飛行器天基測控系統中，北斗導航系統中的北斗衛星起到了天基中繼的作用，對信息進行中轉處理和發送。在基于北斗衛星的空間飛行器天基測控系統結合研究中發現，單獨的一顆北斗衛星不足以滿足天基測控系統全部飛行器的鏈接覆蓋，所以在實際的設計中將所有的北斗導航系統衛星都計算在天基測控系統之內，從而實現北斗導航系統衛星能夠對原天基測控系統的飛行器進行全面的連接和覆蓋，從而保證飛行器獲取信息更加全面。

3.3 天基空間飛行器系統

天基空間飛行器系統原太基測控系統的升級版，其升級內容主要包括兩個方面。其一，天基測控系統中安裝應用了北斗衛星通信終端北斗衛星通信終端，極大程度上解決了傳統全球天基測控系統的通訊質量不佳的問題，也保證了天基測控系統的數據傳輸更加高效也更加安全。其二，天基測控系統中安裝應用了線控陣天線，也能夠實現指令發送和接收功能。

天基空間飛行器系統中應用了北斗衛星通信模塊以及相控陣天線技術，完成了以下幾方面功能提升；1.對飛行器飛行位置進行合理的判斷，并合理的計算出天線指向角。2.對全球天基測控系統的整體工作數據進行有效的收集，其中包括飛行器位置、速度、姿態、工作參數等數據，并將數據傳輸給北斗中繼站，最終傳輸到地面系統。

4 結束語

本文筆者詳細分析基于北斗導航系統的全球天基測控，分析系統的具體組成和功能。通過北斗導航系統的結合應用，實現了全球天基測控技術的升級，完成數據傳輸優化和測控優化。希望本文能夠對基于北斗導航系統的全球天基測控技術發展有所幫助。