新型安全遥控技术的探究

2018-05-14孙斯亮刘叶盛于砚张睿

数字技术与应用 2018年2期

关键词：探究

孙斯亮　刘叶盛　于砚　张睿

摘要：我国航天领域发展迅速，使安全遥控的覆盖范围要求不断扩大，利用地基实施安全遥控的覆盖范围的局限性日益突出。本文介绍了国内外安全遥控应用现状，对依托中继卫星系统提高安全遥控的覆盖范围，开展新型安全遥控技术进行了探究。

关键词：新型安全遥控应用技术；中继卫星；探究

中图分类号：TP271 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2018）02-0066-02

火箭飞行试验中，由于动力系统、姿态控制系统或制导系统工作不正常，会使火箭的发动机出现推力变大或箭体偏航、滚动，出现断裂等严重故障。为了保证靶场及航区内厂矿企业、工程设施、军事设施和人民生命财产的安全，以及不使故障火箭误入他国领土或领海内，需要有一套安全控制系统，发出安全遥控指令控制火箭自毁。本文主要讨论系统中安全遥控实施方式。

传统设计中一般采用地面遥控技术，地面遥控是由地面站发送前向安全遥控指令，箭载安全遥控设备接收安全遥控指令并译码执行，其存在安全遥控覆盖范围小的局限性。近年来，我国飞行器发展迅速，安全遥控的覆盖范围需求不断扩大，利用靶场安全遥控站实施安全遥控的局限性日益突出。因此，发展基于中继卫星的箭载安全遥控技术已成为安全遥控系统未来发展的重要方向。

1 安全遥控现状分析

1.1 国内情况

1.1.1 地基安全遥控

我国地面安全遥控是目前火箭实施安全控制的主要手段。安全遥控系统利用外测、遥测信息进行安全判断，通过地面雷达站遥控发送指令，由箭载终端接收指令，实施炸毁任务。安全遥控系统是发射场的重要组成部分，其信息源包括遥测参数和外测参数两部分。外测设备冗余较多包括单脉冲测量、连续波测试以及光学测量等信息源，结合遥测参数，经过综合判别，得到高可靠性的判决结果，并基于安全遥控雷达站，直接发送安全遥控指令至箭载终端，从而完成安全遥控任务。

1.1.2 中继卫星系统

中继卫星系统利用同步卫星和地面终端站，可对各类中、低轨飞行器进行高覆盖率测控和数据中继，它具有跟踪测轨和数据中继两个功能，是一种先进的天基测控系统。通过中继卫星转发技术可有效地解决靶场远距离测控通信保障的技术难题，有效提高测控覆盖范围。单颗中继卫星对低轨航天器的覆盖率不低于50%，两颗中继卫星能基本覆盖整个中、低轨道，如用3颗中继卫星，则可以实现对200～12000千米高度范围内所有航天器的连续跟踪和数据通信。我国已发射的中继卫星覆盖范围及功能全面，可支持多类用户各种使用需求。

1.1.3 新型安全遥控技术的应用

通过各类中继终端的不断研究和应用，天基测控系统应用将会向更广更深层次和多样化方向发展。运载火箭通过加装中继用户终端，可利用中继卫星实现对火箭和卫星的大范围测控，延长测控弧段，大大提高测控覆盖率。运载火箭天基箭载终端设备包括天基测控设备以及上面级测控中继单元等，目前国内基于中继卫星系统的前向数据链路还仅限于遥测方面，尚无安全遥控方面技术成果与产品。

1.2 国外安全遥控

国外方面，安全遥控技术-天基安全遥控早在2003年已经开展了相关的研制验证工作，并已取得了阶段性成功。课题研究了基于NASA的跟踪与中继卫星系统（TDRSS）是否满足获取轨道跟踪数据、处理安全遥控指令以及传输一些其他数据等靶场安全性方面的任务要求。目的是减少发射中心地基测控站布站需求，同时提高传输码速率和发射系统的灵活性。

该研究经历了以下三个阶段：

第一阶段：基于TDRSS系统的S频段安全控制及数据传输系统，搭载于F-15B完成飞行试验；

第二阶段：对第一阶段系统进行了改进与集成，并在此基础上开发了Ku波段安全控制及数据传输系统，Ku波段系统也搭载于F-15B完成了飞行试验；

第三阶段：在之前的研究基础上研发Ka频段系统，并完成配套硬件设备小型化、轻量化设计。

在安全遥控信号体制方面，2000年起美国靶场司令委员会（Range Commander Council）安全小组（Range Safety Group）支持RS-38任务“增强型飞行终止系统（Enhanced Flignt Termination System）”研究，通过四个阶段对地基安全遥控信号的各类体制进行了大量研究及评估分析，但相关体制是否适合中继传输未见相关报道。

1.3 新型安全遥控技术要求分析

目前我国安全遥控全部由地基安全遥控实现，存在安全遥控覆盖范围小的局限性。近年来，一些新概念装备不断提出并实施，使安全遥控的覆盖范围需求不断扩大，利用地基实施安全遥控的局限性日益突出。同时综合国内外安全遥控现状可以看出，我国与国外在安全遥控技术特别是天基安全遥控技术上存在一定差距，发展基于中继卫星的箭载安全遥控技术已成为当下迫在眉睫的任务之一。

2 新型安全遥控技术的探究

2.1 总体技术

2.1.1 系统架构

从系统角度出发以现有地面站及中继卫星系统为基础的安全遥控系统架构主要为：箭载终端向中继卫星发送安全遥控信息源，经过综合判决，在需要执行安全遥控时，由中继地面站发送指令给中继卫星，中继卫星将指令转发至箭载终端，箭载终端解调、译码、执行，完成安全遥控任务。该方案提高了安全遥控的实时性和领过度，但必须建立反向链路，即由箭载终端发送安全遥控信息源等信息，该链路可采用经过验证的天基遥测技术。

2.1.2 中继频段

安全遥控频段可在中继卫星系统的Ka频段和S频段中进行选择，考虑到安全遥控接收的全向性，Ka频段必须采用具备波速扫描功能的相控阵天线，其具有增益高、作用距离远等优点，但成本高、体积大。S频段常规天线易实现全向接收，成本低，但增益低、作用距离近。

2.1.3 系统链路与传输延时

系统链路分析主要计算飞行器在返回的各阶段起点、终点等关键时刻的链路参数，特别是计算最远距离时的最大衰减量，确保接收机信噪比在全过程满足指标要求。

根据安全遥控信号流程，建立安全遥控延时仿真计算模型。经初步计算，传输延时时间为百毫秒级。

2.2 箭载终端

新型安全遥控频段与现有地基频段不会相同，对于箭载终端的实现，应采用兼容地基安全频段的双收模式，进行天地一体化设计。同时还应采用SIP（System in Package）封装技术以实现小型化，最大程度地满足各类安全遥控应用需求。

3 结语

新型安全遥控技术是我国航天安全遥控的发展趋势。本文通过对国内外安全遥控技术对比以及国内需求分析，认识到我国发展新型安全遥控的必要性和迫切性。进一步探究新型安全遥控的系统架构、中继频段、加强系统链路、传输延時、箭载终端等方面研究，对于发展新型安全遥控技术有着积极的借鉴作用。

参考文献

[1]吴立勋.外测与安全系统[M].宇航出版社，1994.

[2]刘嘉兴.常规靶场安控系统的特点和主要技术问题[J].电讯技术，2004，（06）：111-113.