[发明专利]一种适用于环火大椭圆轨道的多体制多模式中继通信方法

说明书

一种适用于环火大椭圆轨道的多体制多模式中继通信方法，包括步骤如下：当着陆巡视器进入离轨着陆段时，着陆巡视器背罩分离前采用进入舱与环绕器通信，背罩分离后采用火星车与环绕器通信；环绕器和着陆巡视器在离轨着陆段的中继通信采用UHF频段、单工的通信模式；当着陆巡视器处于火星表面工作段时，将环绕器和着陆巡视器的火星表面通信过程分为近火弧段和远火弧段中继通信，环绕器和着陆巡视器在近火弧段采用UHF频段，全双工的自主通信模式进行通信；环绕器和着陆巡视器在远火弧段时，前向指令发送使用UHF频段单工通信模式进行，返向数据传输使用X频段通信模式进行。本发明解决了火星探测EDL段、火面段中继通信连续性、可靠性及数据量问题。

技术领域

本发明涉及一种适用于环火大椭圆轨道的中继通信方法。

背景技术

在火星等行星探测任务中，探测器系统一般分为环绕器及着陆巡视器。着陆巡视器又包括进入舱及火星车等，进入舱主要用于探测器着陆段，由背罩、着陆平台及大底组成。火星车在火星表面执行探测任务时，需要及时通过对地及对环绕器的通信链路，上注指令控制火星车在火面的移动、感知等行为，同时传回表征火星车自身健康情况的工程遥测及科学探测图像和数据。对地直接通信在火星等行星探测任务中存在一定的局限性。首先，火星对地通信距离遥远，信号能量衰减严重，传输延时长；其次，由于重量功耗体积等资源受限，携带的通信天线及功率放大器都不能满足对地高速数据传输的需求，由于火星自转影响，以及环绕器的位置相对着陆巡视器的变化，通信链路均不能连续。

而火星着陆巡视器和环绕器之间的路径短，通常只有几百到几千公里，器间中继通信短时间内可完成，对信号的发射功率要求低，因此，通过与环绕器间的中继链路进行通信是火星探测数据传输的优选方式。

美国在火星探测任务中，在火星探路者(PATHFINDER)、火星全球勘测者(MGS)、奥德赛(ODSSEY)、以及勇气号、机遇号、好奇号、毅力号火星车等任务中，均应用了火星车与环绕器之间的中继链路。美国火星中继通信任务从MGS开始采用UHF无线电中继系统，中继系统由UHF天线、信标发射机和UHF接收机组成。

美国已发射并在轨应用的火星探测中继通信中，仅采用了UHF频段进行中继通信，信道类型和中继通信模式比较单一。UHF频段由于频段低，波长较长，通信易受到火星车表面安装设备、火星车姿态以及火星表面地形的影响。同时，为适应火星车在火面行走阶段，需应对的各种姿态变化对通信的影响，火星车和环绕器一般均采用宽波束全向(或准全向)天线提高天线波束的覆盖率。全向天线增益低，在两器距离较远时可获得的信道码速率非常低，无法满足载荷大量科学探测数据及图像即时传回地面的需求。

在中继轨道特性方面，美国火星探测一般采用两次发射模式，当着陆器经历火星大气进入等复杂EDL(进入、下降、着陆)过程时，环绕器已在环火轨道上“等待多时”，具备了提供EDL段通信的最优条件。而我国火星探测任务由于是一次“绕、落、巡”，在着陆巡视器落火前需经历与环绕器的两器分离、环绕器的升轨调姿，导致EDL段通信链路很难保持连续不间断。同时，着陆巡视器落火后，由于环绕器轨道特性及火星自转，基本已不具备中继通信条件，使得落火关键信息无法及时下传地面进行下一步工作决策。

发明内容

本发明技术解决问题：本发明结合火星等深空探测任务中，通信距离远、时延大，时序复杂，动态大等特点，公开了一种适用于环火大椭圆中继轨道的多体制、多模式中继通信方法，采用依据邻近链路协议支持的具备全过程自主管理功能的UHF频段器间中继通信链路，并将X频段对地下行链路进行器间中继复用，采用高增益窄波束天线用于器间中继链路，进行火面中继数据传输。解决了火星探测中继通信链路不连续、实时操控性差、误码率高等问题，实现了探测器工程遥测及科学数据可靠、自主、有效进行传输，大幅度提高了中继通信数据传输的稳定性和数据传输量。

本发明的技术解决方案是：一种适用于环火大椭圆轨道的多体制多模式中继通信方法，包括步骤如下：

当着陆巡视器进入离轨着陆段时，环绕器和着陆巡视器的通信方法如下：