本發(fā)明屬于探空火箭地面測控及數(shù)傳，尤其涉及一種探空火箭地面遙測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

1、探空火箭具有飛行高度高、飛行時間短的特點(diǎn)，同時受箭體遮擋、箭上天線方向圖特性、布站位置資源有限等因素影響，數(shù)據(jù)接收可能存在潛在風(fēng)險。目前公開發(fā)表的文獻(xiàn)缺乏對探空火箭地面遙測系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)方法的研究。探空火箭能夠深入到中高層大氣，對大氣各層結(jié)構(gòu)成分和參數(shù)進(jìn)行垂直探測，這對于理解大氣環(huán)境的變化、地磁場等日-地物理現(xiàn)象至關(guān)重要。探空火箭發(fā)射過程中的地面遙測面臨著獨(dú)特而復(fù)雜的技術(shù)挑戰(zhàn)。探空火箭高速飛行軌跡不斷變化，飛行速度、加速度變化快，造成通信鏈路不穩(wěn)定，信號易受干擾。火箭天線方向圖存在凹區(qū)，加之箭體自身遮擋，進(jìn)一步增加了數(shù)據(jù)傳輸?shù)碾y度。同時，探空火箭姿態(tài)和位置的快速變化，對地面跟蹤系統(tǒng)的精度和響應(yīng)速度提出了極高要求。如何在這種動態(tài)、復(fù)雜的環(huán)境下，保證遙測數(shù)據(jù)的連續(xù)性、完整性和可靠性，成為一個亟待解決的關(guān)鍵問題。這不僅涉及通信技術(shù)，還需要考慮彈道特性、天線設(shè)計(jì)、信號處理等多個方面。若無法有效應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，將直接影響發(fā)射任務(wù)的成功率和科學(xué)數(shù)據(jù)的獲取質(zhì)量。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)缺陷，提出了一種探空火箭地面遙測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法。

2、有鑒于此，本發(fā)明提出了一種探空火箭地面遙測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，包括：

3、根據(jù)探空火箭數(shù)傳數(shù)據(jù)的鏈路標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合探空火箭的彈道仿真數(shù)據(jù)，對通信鏈路進(jìn)行仿真計(jì)算；

4、根據(jù)探空火箭的彈道仿真數(shù)據(jù)，可選站址數(shù)據(jù)，箭載天線發(fā)射和接收特性數(shù)據(jù)，確定通信需求和跟蹤需求；

5、根據(jù)通信需求和跟蹤需求，確定探空火箭地面遙測系統(tǒng)的天線指標(biāo)，設(shè)計(jì)天線布設(shè)方案；

6、根據(jù)所述天線布設(shè)方案，對探空火箭地面遙測系統(tǒng)影響通信鏈路質(zhì)量的因素進(jìn)行仿真分析，判斷所述探空火箭地面遙測系統(tǒng)是否滿足探空火箭任務(wù)要求，完成探空火箭地面遙測系統(tǒng)。

7、優(yōu)選的，所述對通信鏈路進(jìn)行仿真計(jì)算，包括：探空火箭分別與發(fā)射場站以及觀測站的最大鏈路距離。

8、優(yōu)選的，所述通信需求包括：可選的發(fā)射場站和/或觀測站的最大鏈路距離、箭載eirp、數(shù)傳速率、編碼方式和調(diào)制方式。

9、優(yōu)選的，所述觀測站的個數(shù)大于等于1個。

10、優(yōu)選的，所述跟蹤需求包括：探空火箭與可選的發(fā)射場站和/或觀測站分別在電離層和熱層的方位角θ和俯仰角φ的范圍、方位角速度ω和加速度α，俯仰角速度ρ和加速度β；其中，

11、

12、其中，t表示時刻。

13、優(yōu)選的，所述探空火箭地面遙測系統(tǒng)的天線指標(biāo)包括：滿足探空火箭從發(fā)射到落海全程的信號跟蹤接收，通信頻段、最大數(shù)據(jù)速率、支持的通信調(diào)制機(jī)制和數(shù)據(jù)接收誤碼率均滿足設(shè)定要求。

14、優(yōu)選的，所述天線布設(shè)方案包括：結(jié)合距離、植被和地形對于通信信道的影響，分別設(shè)計(jì)每個可選站址的天線類型、布設(shè)位置、布設(shè)方式、信號捕獲跟蹤方式和數(shù)量，其中，所述天線類型包括：寬波束螺旋天線、中增益陣列天線、高增益拋物面天線和拋物面自跟蹤天線，所述布設(shè)位置為發(fā)射場站或觀測站，布設(shè)方式為機(jī)動或固定，信號捕獲跟蹤方式包括：初始鎖定、穿越捕獲和自跟蹤。

15、優(yōu)選的，所述根據(jù)所述天線布設(shè)方案，對探空火箭地面遙測系統(tǒng)影響通信鏈路質(zhì)量的因素進(jìn)行仿真分析，包括：

16、根據(jù)探空火箭彈道仿真數(shù)據(jù)和箭載天線發(fā)射特性，計(jì)算探空火箭飛行過程中地面站接收天線處的信號強(qiáng)度，得到探空火箭地面遙測系統(tǒng)的鏈路余量；

17、根據(jù)箭載天線方向圖特性，判斷探空火箭飛行過程中地面站是否處于箭載天線凹區(qū)；

18、根據(jù)探空火箭彈道仿真數(shù)據(jù)，判斷探空火箭飛行過程中地面站視線是否被箭體遮擋；

19、根據(jù)探空火箭彈道仿真數(shù)據(jù)和箭載天線方向圖特性，分析探空火箭姿態(tài)變化對地面站跟蹤接收的影響；

20、其中，所述地面站包括發(fā)射場站和觀測站。

21、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)勢在于：

22、本發(fā)明針對探空火箭任務(wù)，現(xiàn)有的地面遙測站無法實(shí)現(xiàn)全鏈路跟蹤任務(wù)，提出了一種地面遙測系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)方法。采用本發(fā)明的方法在子午工程二期電離層、熱層兩發(fā)探空火箭中，將探空火箭發(fā)射系統(tǒng)指標(biāo)、火箭彈道仿真數(shù)據(jù)及可選站址作為輸入，通過對通信及跟蹤需求開展分析，設(shè)置多類型天線分布接收通信弧段，覆蓋從射前及火箭起豎階段測試、點(diǎn)火、飛行初期、關(guān)鍵弧段到落海全鏈路跟蹤接收，提出地面遙測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，最終對系統(tǒng)的鏈路余量、天線凹區(qū)、箭體遮擋、姿態(tài)控制等影響因素開展仿真分析。仿真分析結(jié)果證明，采用本發(fā)明的方法設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的探空火箭地面遙測系統(tǒng)方案滿足子午二期探空火箭數(shù)據(jù)任務(wù)數(shù)傳跟蹤及接收要求，實(shí)現(xiàn)有限布站點(diǎn)位下探空火箭的可靠通信。

技術(shù)特征：

1.一種探空火箭地面遙測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探空火箭地面遙測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述對通信鏈路進(jìn)行仿真計(jì)算，包括：探空火箭分別與發(fā)射場站以及觀測站的最大鏈路距離。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的探空火箭地面遙測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述通信需求包括：可選的發(fā)射場站和/或觀測站的最大鏈路距離、箭載eirp、數(shù)傳速率、編碼方式和調(diào)制方式。

4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的探空火箭地面遙測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述觀測站的個數(shù)大于等于1個。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探空火箭地面遙測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述跟蹤需求包括：探空火箭與可選的發(fā)射場站和/或觀測站分別在電離層和熱層的俯仰角φ和方位角θ的范圍、方位角速度ω和加速度α，俯仰角速度ρ和加速度β；其中，

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探空火箭地面遙測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述探空火箭地面遙測系統(tǒng)的天線指標(biāo)包括：滿足探空火箭從發(fā)射到落海全程的信號跟蹤接收，通信頻段、最大數(shù)據(jù)速率、支持的通信調(diào)制機(jī)制和數(shù)據(jù)接收誤碼率均滿足設(shè)定要求。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探空火箭地面遙測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述天線布設(shè)方案包括：結(jié)合距離、植被和地形對于通信信道的影響，分別設(shè)計(jì)每個可選站址的天線類型、布設(shè)位置、布設(shè)方式、信號捕獲跟蹤方式和數(shù)量，其中，所述天線類型包括：寬波束螺旋天線、中增益陣列天線、高增益拋物面天線和拋物面自跟蹤天線，所述布設(shè)位置為發(fā)射場站或觀測站，布設(shè)方式為機(jī)動或固定，信號捕獲跟蹤方式包括：初始鎖定、穿越捕獲和自跟蹤。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的探空火箭地面遙測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，其特征在于，所述根據(jù)所述天線布設(shè)方案，對探空火箭地面遙測系統(tǒng)影響通信鏈路質(zhì)量的因素進(jìn)行仿真分析，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開了一種探空火箭地面遙測系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，包括：根據(jù)探空火箭數(shù)傳數(shù)據(jù)的鏈路標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合探空火箭的彈道仿真數(shù)據(jù)，對通信鏈路進(jìn)行仿真計(jì)算；根據(jù)探空火箭的彈道仿真數(shù)據(jù)，可選站址數(shù)據(jù)，箭載天線發(fā)射和接收特性數(shù)據(jù)，確定通信需求和跟蹤需求；根據(jù)通信需求和跟蹤需求，確定探空火箭地面遙測系統(tǒng)的天線指標(biāo)，設(shè)計(jì)天線布設(shè)方案；根據(jù)所述天線布設(shè)方案，對探空火箭地面遙測系統(tǒng)影響通信鏈路質(zhì)量的因素進(jìn)行仿真分析，判斷所述探空火箭地面遙測系統(tǒng)是否滿足探空火箭任務(wù)要求，完成探空火箭地面遙測系統(tǒng)。采用本發(fā)明設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的探空火箭地面遙測系統(tǒng)方案滿足子午二期探空火箭數(shù)據(jù)任務(wù)數(shù)傳跟蹤及接收要求，實(shí)現(xiàn)有限布站點(diǎn)位下探空火箭的可靠通信。

技術(shù)研發(fā)人員：李雪,高翔,姚秀娟,閆毅,李震,馬元浩,范亞楠
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15