吳雨翔 王鳳春 安維剛 梅迪 楊凌軒

(1 中國(guó)空間技術(shù)研究院, 北京 100094) (2 空間電子信息技術(shù)研究院, 西安 710100)

通信衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)在軌運(yùn)行綜合分析與改進(jìn)

吳雨翔1王鳳春1安維剛2梅迪1楊凌軒1

(1 中國(guó)空間技術(shù)研究院, 北京 100094) (2 空間電子信息技術(shù)研究院, 西安 710100)

截至目前，我國(guó)已成功研制并發(fā)射了數(shù)十顆通信衛(wèi)星，部分衛(wèi)星已圓滿完成其既定的工程任務(wù)目標(biāo)。文章總結(jié)了通信衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)的關(guān)鍵性和可靠性等特點(diǎn)，對(duì)某通信衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)關(guān)鍵單機(jī)的工作時(shí)間、異常次數(shù)等在軌運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，并逐一分析典型異?，F(xiàn)象，針對(duì)產(chǎn)生異常問題的原因，提出了加強(qiáng)電路設(shè)計(jì)、調(diào)整器件參數(shù)、更換能力較強(qiáng)器件等改進(jìn)方案。此研究結(jié)果可為我國(guó)后續(xù)衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)總體可靠性設(shè)計(jì)提供參考。

通信衛(wèi)星；跟蹤、遙測(cè)、遙控；在軌運(yùn)行；設(shè)計(jì)改進(jìn)

1 引言

經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國(guó)已成功發(fā)射了數(shù)十顆通信衛(wèi)星。這些衛(wèi)星先后應(yīng)用于我國(guó)廣播、電視、通信等領(lǐng)域，為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)揮了巨大作用。部分通信衛(wèi)星已成功地完成了其設(shè)計(jì)任務(wù)，進(jìn)入超期服役階段或完成離軌處置。衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)是通信衛(wèi)星的重要組成部分，地面站通過測(cè)控分系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的控制、監(jiān)視與測(cè)軌工作，分系統(tǒng)正常工作是衛(wèi)星在軌穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵要素之一。為此，對(duì)已完成工程任務(wù)的通信衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)在軌性能進(jìn)行全面分析，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，將對(duì)后續(xù)通信衛(wèi)星長(zhǎng)壽命、高可靠的發(fā)展具有重要意義。

本文簡(jiǎn)述了通信衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)狀態(tài)，以某顆具有代表性的、已離軌的通信衛(wèi)星的在軌運(yùn)行數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析了測(cè)控分系統(tǒng)的在軌運(yùn)行情況，對(duì)典型在軌異常提出改進(jìn)措施，并給出更改措施在后續(xù)通信衛(wèi)星中的在軌驗(yàn)證結(jié)果。

2 通信衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)概述

通信衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)是對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤、遙測(cè)、遙控的專用電子系統(tǒng)，由星載測(cè)控分系統(tǒng)和地面測(cè)控網(wǎng)兩部分組成。通信衛(wèi)星星載測(cè)控分系統(tǒng)由跟蹤、遙測(cè)、遙控3個(gè)子系統(tǒng)構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)的功能包括：提供下行信標(biāo)信號(hào)，由地面測(cè)控網(wǎng)完成對(duì)衛(wèi)星的捕獲、跟蹤，以及測(cè)角、測(cè)速任務(wù)；采集、處理、發(fā)送衛(wèi)星工程參數(shù)，由地面測(cè)控網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星工作狀態(tài)的監(jiān)測(cè)；接收地面測(cè)控網(wǎng)發(fā)送的指令或數(shù)據(jù)信息，對(duì)衛(wèi)星進(jìn)行指令控制，完成特定的衛(wèi)星操作，實(shí)現(xiàn)工程任務(wù)目標(biāo)；接收、轉(zhuǎn)發(fā)地面測(cè)控網(wǎng)發(fā)送的測(cè)距信號(hào)，與地面測(cè)控網(wǎng)配合，實(shí)現(xiàn)對(duì)衛(wèi)星的測(cè)距功能[1-2]。

我國(guó)通信衛(wèi)星普遍采用統(tǒng)一微波測(cè)控系統(tǒng)，即用一個(gè)微波信道在其頻帶內(nèi)復(fù)合調(diào)制多種信號(hào)，以頻分復(fù)用的多路信號(hào)傳輸方式，完成對(duì)衛(wèi)星的跟蹤、遙測(cè)、遙控等功能。典型的通信衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)由全向遙控天線、輸入分路濾波器、應(yīng)答機(jī)、遙控設(shè)備、遙測(cè)設(shè)備、高低電平開關(guān)、低功率放大器、高功率放大器、輸出多工器、天線切換開關(guān)、全向遙測(cè)天線、定向天線組成。其原理框圖如圖1所示[3]。

圖1 通信衛(wèi)星星載測(cè)控分系統(tǒng)原理框圖

通信衛(wèi)星在軌運(yùn)行過程中，測(cè)控分系統(tǒng)接收通道工作在全向狀態(tài)，保證衛(wèi)星姿態(tài)異常時(shí)上行指令正常工作。測(cè)控分系統(tǒng)發(fā)射通道設(shè)置兩種工作模式：全向模式和定向模式。衛(wèi)星定點(diǎn)前，以及衛(wèi)星定點(diǎn)后姿態(tài)異常情況下，測(cè)控分系統(tǒng)工作在全向模式，測(cè)控分系統(tǒng)使用高功率放大器，由全向發(fā)射天線輻射測(cè)控信號(hào)，以保證下行測(cè)控信號(hào)準(zhǔn)全向空間的覆蓋范圍。衛(wèi)星定點(diǎn)后的長(zhǎng)期在軌運(yùn)行期間，有效載荷使用高功率放大器發(fā)射通信業(yè)務(wù)信號(hào)，測(cè)控分系統(tǒng)使用低功率放大器，由高增益的定向發(fā)射天線輻射測(cè)控信號(hào)。全向模式和定向模式的切換，由地面測(cè)控網(wǎng)發(fā)送指令，通過控制高低電平開關(guān)和測(cè)控切換開關(guān)的方式實(shí)現(xiàn)。

通信衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)的關(guān)鍵單機(jī)包括應(yīng)答機(jī)、遙測(cè)設(shè)備、遙控設(shè)備、高功率放大器、低功率放大器。應(yīng)答機(jī)完成上行測(cè)控信號(hào)解調(diào)、下行測(cè)控信號(hào)調(diào)制，同時(shí)完成測(cè)距信號(hào)轉(zhuǎn)發(fā)功能。遙控設(shè)備完成遙控指令或數(shù)據(jù)的接收、解調(diào)、譯碼和輸出。遙測(cè)設(shè)備完成各類遙測(cè)信號(hào)的采集、編碼、組幀、調(diào)制。高功率放大器、低功率放大器完成遙測(cè)信號(hào)的放大。為保證衛(wèi)星的可靠運(yùn)行，關(guān)鍵單機(jī)均有備份。各單機(jī)的備份情況如表1所示。

表1 測(cè)控分系統(tǒng)關(guān)鍵單機(jī)備份情況

3 通信衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)在軌運(yùn)行分析

以下測(cè)控分系統(tǒng)在軌運(yùn)行分析的數(shù)據(jù)，來源于我國(guó)20世紀(jì)90年代末研制的某地球靜止軌道通信衛(wèi)星，該衛(wèi)星采用東方紅三號(hào)衛(wèi)星平臺(tái)，設(shè)計(jì)壽命8年，實(shí)際在軌運(yùn)行超過12年[4]。其測(cè)控分系統(tǒng)原理也如圖1所示。

3.1典型測(cè)控分系統(tǒng)在軌運(yùn)行分析

該衛(wèi)星在軌運(yùn)行期間各分系統(tǒng)發(fā)生異常占總異常次數(shù)的比例分別為：電源分系統(tǒng)約11%、控制分系統(tǒng)23%、測(cè)控分系統(tǒng)14%、轉(zhuǎn)發(fā)器分系統(tǒng)49%、地面系統(tǒng)不當(dāng)操作造成的異常11%。其中，15%的異常問題為在超設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)發(fā)生。各個(gè)分系統(tǒng)及地面操作造成的整星在軌異常分類及比例如圖2所示，其中測(cè)控分系統(tǒng)在軌異常占整星異常的14%。

測(cè)控分系統(tǒng)隨整星經(jīng)歷了主動(dòng)段、轉(zhuǎn)移軌道、在軌測(cè)試、在軌運(yùn)行、軌位調(diào)整、離軌等衛(wèi)星全壽命周期的各個(gè)階段。整星在軌運(yùn)行期間，星載測(cè)控分系統(tǒng)圓滿地完成了各項(xiàng)測(cè)控任務(wù)，未發(fā)生影響衛(wèi)星安全及用戶使用的重大異常事件。[5]

圖2 在軌異常情況統(tǒng)計(jì)

該衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)關(guān)鍵單機(jī)包括應(yīng)答機(jī)、遙測(cè)設(shè)備、遙控設(shè)備、高功率放大器、低功率放大器。應(yīng)答機(jī)在衛(wèi)星發(fā)射前即雙機(jī)熱備份工作，應(yīng)答機(jī)A、B均曾出現(xiàn)在軌異常，但最終沒有出現(xiàn)影響衛(wèi)星安全及用戶使用的重大異常。低功率放大器在衛(wèi)星定點(diǎn)后開機(jī)，雙路熱備份工作，開機(jī)兩個(gè)月后一路失效，衛(wèi)星在軌兩年11個(gè)月另一路失效。高功率放大器在衛(wèi)星發(fā)射前開機(jī)，完成主動(dòng)段、轉(zhuǎn)移軌道段測(cè)控任務(wù)。其后，衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)發(fā)射通道轉(zhuǎn)為定向模式。低功率放大器發(fā)生在軌故障后，測(cè)控分系統(tǒng)重新切換為全向模式，以高功率放大器完成其后的測(cè)控任務(wù)。測(cè)控分系統(tǒng)主要單機(jī)在軌工作時(shí)間、設(shè)計(jì)壽命如表2所示。完成8年(70 080 h)設(shè)計(jì)壽命按100%完成任務(wù)計(jì)算，則超設(shè)計(jì)壽命期累積統(tǒng)計(jì)在軌工作時(shí)間見表2。

表2 測(cè)控分系統(tǒng)關(guān)鍵單機(jī)在軌工作時(shí)間

該衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)9次在軌異常中，8次出現(xiàn)在設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)，1次出現(xiàn)在超設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)。隨著時(shí)間的推移，分系統(tǒng)異常逐漸增多，然后趨于平穩(wěn)。由表3、圖3關(guān)鍵單機(jī)在軌逐年發(fā)生的異常情況可知，雖然與時(shí)間有一定關(guān)系，各單機(jī)的異?，F(xiàn)象仍然是隨機(jī)出現(xiàn)的。

表3 測(cè)控分系統(tǒng)關(guān)鍵單機(jī)在軌異常情況

圖3 測(cè)控分系統(tǒng)關(guān)鍵單機(jī)在軌異常情況百分比

3.2典型異?，F(xiàn)象分析

分析多個(gè)通信衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)在軌數(shù)據(jù)，各個(gè)衛(wèi)星遙測(cè)設(shè)備、遙控設(shè)備、高功率放大器均在軌運(yùn)行良好，在軌異常集中出現(xiàn)于應(yīng)答機(jī)、低功率放大器等單機(jī)，以上測(cè)控分系統(tǒng)在軌運(yùn)行數(shù)據(jù)分析也反映出這一點(diǎn)。

3.2.1 低功率放大器在軌失效

按照通信衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)，衛(wèi)星定點(diǎn)后測(cè)控分系統(tǒng)發(fā)射通道工作在定向狀態(tài)，通過低功率放大器放大應(yīng)答機(jī)輸出的微波信號(hào)。以上測(cè)控分系統(tǒng)在軌運(yùn)行數(shù)據(jù)分析中，低功率放大器主份和備份先后在軌失效，致使測(cè)控分系統(tǒng)發(fā)射通道長(zhǎng)期使用有效載荷高功率放大器，被動(dòng)占用并削減了衛(wèi)星有效載荷頻帶資源。

該低功率放大器采用砷化鎵金屬半導(dǎo)體場(chǎng)效應(yīng)晶體管進(jìn)行功率放大，此類器件存在靜電損傷的失效模式。當(dāng)場(chǎng)效應(yīng)管由于電壓浪涌、電路自激或接地不良而受到電沖擊，可造成漏電流增加、擊穿電壓降低，進(jìn)而形成導(dǎo)電溝道，導(dǎo)致突然燒毀失效。

在衛(wèi)星運(yùn)行過程中，空間帶電粒子與衛(wèi)星相互作用可引起凈電荷積累，進(jìn)而形成靜電電位，累積到一定程度最終發(fā)生靜電放電現(xiàn)象。衛(wèi)星靜電放電可引發(fā)電氣開關(guān)異常、潛在的材料損壞和元器件失效，從而縮短衛(wèi)星的工作壽命并影響其可靠性。試驗(yàn)數(shù)據(jù)表明，場(chǎng)效應(yīng)管失效是由于衛(wèi)星在軌運(yùn)行中靜電積累造成的，采用抗靜電能力不足的器件導(dǎo)致了低功率放大器的在軌失效。

3.2.2 應(yīng)答機(jī)在軌異常

通信衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)采用統(tǒng)一微波測(cè)控體制應(yīng)答機(jī)，具備完全的遙控解調(diào)及副載波輸出、遙測(cè)副載波調(diào)制及測(cè)距功能。遙控指令、遙測(cè)參數(shù)、電源部分、上行測(cè)控信號(hào)輸入、下行測(cè)控信號(hào)輸出設(shè)備相互獨(dú)立。

以上測(cè)控分系統(tǒng)在軌運(yùn)行數(shù)據(jù)分析中，應(yīng)答機(jī)A在軌運(yùn)行5年后出現(xiàn)遙測(cè)參數(shù)異常跳變現(xiàn)象，在軌6年1個(gè)月后再次出現(xiàn)遙測(cè)參數(shù)異常跳變現(xiàn)象，并出現(xiàn)上行測(cè)控失鎖、不能正常接收上行指令、測(cè)距信號(hào)現(xiàn)象，最終在軌失效，導(dǎo)致測(cè)控分系統(tǒng)關(guān)鍵單機(jī)損失備份設(shè)備。

應(yīng)答機(jī)由測(cè)控接收部分和測(cè)控發(fā)射部分組成，其中測(cè)控接收部分是一個(gè)二次變頻接收機(jī)，其主要功能是接收、解調(diào)并放大測(cè)距信號(hào)，接收、解調(diào)、放大上行遙控信號(hào)，將解調(diào)出的遙控信號(hào)送往衛(wèi)星上遙控設(shè)備，解調(diào)出的測(cè)距信號(hào)送往測(cè)控發(fā)射部分。測(cè)控接收機(jī)主要組成部分包括：低噪聲放大器、下變頻器、中頻放大器、混頻器、解調(diào)輸出電路、濾波器、AGC放大電路和頻差變換電路等。其原理框圖如圖4所示[6]。

注：AGC為自動(dòng)增益控制，使放大電路的增益自動(dòng)地隨信號(hào)強(qiáng)度而調(diào)整的自動(dòng)控制。 圖4 應(yīng)答機(jī)接收部分原理框圖

對(duì)該產(chǎn)品的同類產(chǎn)品進(jìn)行的試驗(yàn)表明：應(yīng)答機(jī)A在軌運(yùn)行的中后期，其接收機(jī)鑒頻解調(diào)電路中的元器件老化，性能參數(shù)畸變，導(dǎo)致產(chǎn)生的雜波使鑒頻器工作在不正常狀態(tài)，整機(jī)鑒頻特性發(fā)生很大變化。試驗(yàn)現(xiàn)象表現(xiàn)為：遙測(cè)參數(shù)不能反映上行測(cè)控信號(hào)的工作狀態(tài)，鑒頻電路作用失效，不能進(jìn)行正常接收測(cè)距信號(hào)和遙控信號(hào)。

以上測(cè)控分系統(tǒng)在軌運(yùn)行數(shù)據(jù)分析中，應(yīng)答機(jī)B出現(xiàn)4次在軌輸出異常，隨著單機(jī)殼溫的降低，輸出信號(hào)功率減小。為提高應(yīng)答機(jī)工作溫度，開啟應(yīng)答機(jī)附近的加熱器，以空間輻射的方式對(duì)其增溫。隨著溫度的升高，應(yīng)答機(jī)B發(fā)射機(jī)恢復(fù)正常工作。應(yīng)答機(jī)B在軌運(yùn)行的中后期，其發(fā)射機(jī)中的三極管性能參數(shù)發(fā)生較大變化，電路對(duì)溫度條件要求升高。當(dāng)應(yīng)答機(jī)工作環(huán)境溫度不能滿足需求時(shí)，導(dǎo)致故障發(fā)生。在后續(xù)衛(wèi)星研制中，修改應(yīng)答機(jī)發(fā)射機(jī)倍頻鏈方案后，電路穩(wěn)定性、一致性較好，未再發(fā)生類似現(xiàn)象。

3.2.3 應(yīng)答機(jī)測(cè)距開關(guān)跳變

通信衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)應(yīng)答機(jī)接收地面發(fā)送的測(cè)距音信號(hào)，在接收機(jī)中解調(diào)成測(cè)距副載波信號(hào)，然后送至發(fā)射機(jī)，在發(fā)射機(jī)中對(duì)下行載波調(diào)制，最終向地面站發(fā)送。應(yīng)答機(jī)中設(shè)置電子開關(guān)，用于控制測(cè)距信號(hào)從接收機(jī)到發(fā)射機(jī)的傳輸路徑。一般情況下，測(cè)距開關(guān)處于連接狀態(tài)，方便地面站隨時(shí)進(jìn)行測(cè)距操作。

以上測(cè)控分系統(tǒng)在軌運(yùn)行數(shù)據(jù)分析中，出現(xiàn)測(cè)控分系統(tǒng)應(yīng)答機(jī)A、B測(cè)距轉(zhuǎn)發(fā)開關(guān)同時(shí)跳變。由于測(cè)控開關(guān)狀態(tài)可由地面站通過遙控指令恢復(fù)為正常狀態(tài)，且該異常跳變沒有對(duì)測(cè)控分系統(tǒng)乃至整星造成任何不良影響，因此異常處理過程中僅按操作流程發(fā)送相關(guān)遙控指令，恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

測(cè)控分系統(tǒng)應(yīng)答機(jī)測(cè)距轉(zhuǎn)發(fā)開關(guān)由遙控指令控制，指令接口電路以及遙測(cè)狀態(tài)接口電路示意圖如圖5所示。

以上電路設(shè)計(jì)，在CMOS觸發(fā)器R、S輸入端對(duì)地電阻兩端并接濾波電容，指標(biāo)設(shè)計(jì)范圍根據(jù)實(shí)際電路調(diào)試情況選取。但實(shí)際產(chǎn)品中，并沒有裝配預(yù)先設(shè)計(jì)的濾波電容。因此，指令輸入端存在短時(shí)強(qiáng)脈沖的情況下，可干擾以上電路的正常工作，造成輸出端電平異常翻轉(zhuǎn)。

測(cè)距通、斷指令從指令輸入端進(jìn)入應(yīng)答機(jī)，經(jīng)過分壓電阻后，將信號(hào)分別送至CMOS觸發(fā)器R和S輸入端口，觸發(fā)器Q端控制后端的電子開關(guān)，同時(shí)作為應(yīng)答機(jī)測(cè)距開關(guān)狀態(tài)遙測(cè)輸出。遙控指令為脈沖形式，其脈沖幅度約為12 V，寬度約為100 ms。CMOS觸發(fā)器的作用是將指令脈沖變?yōu)榭刂崎_關(guān)的高低電平，使得電子開關(guān)保持開或斷的狀態(tài)。為驗(yàn)證應(yīng)答機(jī)受干擾情況摸清指令脈沖干擾門限，分別調(diào)整脈沖寬度和幅度，進(jìn)行了以下兩項(xiàng)試驗(yàn)：

第一項(xiàng)試驗(yàn)中，維持脈沖寬度為100 ms不變，調(diào)節(jié)脈沖的幅度，測(cè)試可導(dǎo)致CMOS觸發(fā)器輸出翻轉(zhuǎn)的最小指令脈沖幅度。測(cè)試結(jié)果說明，干擾脈沖寬度約為100 ms，幅度高于6.3 V時(shí)，即可使測(cè)距轉(zhuǎn)發(fā)開關(guān)指令電路異常翻轉(zhuǎn)。

第二項(xiàng)試驗(yàn)在第一項(xiàng)基礎(chǔ)上進(jìn)行。試驗(yàn)中，維持脈沖幅度6.3 V，調(diào)節(jié)脈沖的寬度，測(cè)試可導(dǎo)致CMOS觸發(fā)器輸出翻轉(zhuǎn)的最小指令脈沖寬度。測(cè)試結(jié)果說明，當(dāng)干擾脈沖幅度高于6.3 V時(shí)，且寬度大于1.4 μs，即可使測(cè)距轉(zhuǎn)發(fā)開關(guān)指令電路異常翻轉(zhuǎn)。

注：CMOS為互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體的縮寫，是大規(guī)模集成電路可讀寫芯片。圖5 應(yīng)答機(jī)測(cè)距遙控、遙測(cè)接口電路示意圖

4 設(shè)計(jì)改進(jìn)與在軌驗(yàn)證

通信衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)應(yīng)答機(jī)、低功率放大器在軌異常，主要體現(xiàn)為對(duì)空間環(huán)境認(rèn)識(shí)不足、抗干擾設(shè)計(jì)不充分。

衛(wèi)星在真空環(huán)境中發(fā)生的放電現(xiàn)象包括真空放電、微放電、表面靜電充放電等。地球同步軌道高度的等離子體的平均電子溫度為2.4 keV，平均質(zhì)子溫度10 keV，中性分子極少，這個(gè)軌道高度是航天器表面充放電的多發(fā)區(qū)域。靜電放電有熱二次擊穿、介質(zhì)擊穿、表面擊穿等多種方式，可使太陽(yáng)電池、電子器件和光學(xué)敏感器件的性能下降或損傷[7]。

對(duì)于低功率放大器在軌失效，后續(xù)衛(wèi)星采取了多種手段提高產(chǎn)品抗靜電能力。主要措施包括：采用抗靜電能力較強(qiáng)的場(chǎng)效應(yīng)管，提高低功率放大器抗靜電能力；加強(qiáng)低功率放大器靜電瀉放電路的設(shè)計(jì)，使低功率放大器中不產(chǎn)生靜電積累；與測(cè)控分系統(tǒng)相連接的天線噴涂導(dǎo)電漆，使分系統(tǒng)各個(gè)部件之間不致產(chǎn)生過高的電位差；整星裝配過程中，確保低功率放大器接地樁接地良好，以及機(jī)殼接地良好；生產(chǎn)研制和產(chǎn)品運(yùn)輸過程中，嚴(yán)格做好靜電防護(hù)工作。這些措施有效地提高了低功率放大器抗靜電放電的能力，其后連續(xù)數(shù)顆通信衛(wèi)星裝載的十余臺(tái)低功率放大器均在軌工作良好，沒有再出現(xiàn)類似異?，F(xiàn)象。

應(yīng)答機(jī)測(cè)距開關(guān)跳變體現(xiàn)為指令接口受干擾，也就是抗干擾設(shè)計(jì)不充分。航天器干擾現(xiàn)象包含三個(gè)要素：干擾源、敏感設(shè)備、傳播途徑，切斷三者之間的聯(lián)系即可有效地抑制干擾現(xiàn)象。為了提高應(yīng)答機(jī)測(cè)距轉(zhuǎn)發(fā)開關(guān)指令電路抗干擾能力，需要對(duì)其元器件參數(shù)進(jìn)行調(diào)整：將R1、R2、R3、R4的電阻值調(diào)高為原有電阻值的3倍，在C1*的基礎(chǔ)上增加串聯(lián)一個(gè)相同的電容且也與R2并聯(lián)，C2*按照C1*相同方式處理。

調(diào)整后，對(duì)于脈沖寬度為100 ms的干擾脈沖，幅度門限與調(diào)整前相比有較小提高；對(duì)于脈沖幅度為100 ms的干擾脈沖，寬度門限與調(diào)整前相比有大幅度提高。由于干擾脈沖多表現(xiàn)為大幅度、窄脈寬的形式，以上調(diào)整可有效地防止應(yīng)答機(jī)測(cè)距轉(zhuǎn)發(fā)開關(guān)受干擾。采用以上接口電路的應(yīng)答機(jī)已在軌運(yùn)行并工作良好，沒有再出現(xiàn)測(cè)距開關(guān)異常跳變。

5 結(jié)術(shù)語(yǔ)

典型通信衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)在軌運(yùn)行數(shù)據(jù)說明：測(cè)控分系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)合理，可以在衛(wèi)星全生命周期內(nèi)，與地面測(cè)控網(wǎng)相配合完成各項(xiàng)測(cè)控任務(wù)；關(guān)鍵單機(jī)備份方案得到驗(yàn)證，通過合理的設(shè)備切換，確保在衛(wèi)星設(shè)計(jì)壽命中，測(cè)控分系統(tǒng)不發(fā)生影響衛(wèi)星安全及用戶使用的重大異常事件；部分單機(jī)出現(xiàn)在軌異常，主要是由于對(duì)空間環(huán)境認(rèn)識(shí)不足、抗干擾設(shè)計(jì)不充分，這在后續(xù)衛(wèi)星研制中已進(jìn)行更改，并得以驗(yàn)證。

根據(jù)通信衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)全生命周期性能分析，總結(jié)測(cè)控分系統(tǒng)設(shè)計(jì)的成功和不足之處，可作為后續(xù)衛(wèi)星測(cè)控分系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)的技術(shù)支撐與基礎(chǔ)，為衛(wèi)星工程系統(tǒng)頂層設(shè)計(jì)提供可靠的依據(jù)。

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(編輯：李多)

Analysis and Improvement of Communications Satellite TT&C Subsystem On-board Performance

WU Yuxiang1WANG Fengchun1AN Weigang2MEI Di1YANG Lingxuan1

(1 China Academy of Space Technology, Beijing 100094, China)

(2 Academy of Space Electronic Information Technology, Xi’an 710100, China)

More than dozens of Chinese communications satellites have been launched. Some of them have achieved their operational objectives. The reliability and importance verified by the orbit data of some communications satellite are depicted in the paper. From the view of working life and abnormal times of critical products the paper puts forward the design improvements including strengthening circuit design,adjusting device parameters and using high grade device, and makes the analysis of typical abnormals one by one.The conclusion of the study can provide reference for the TT&C(tracking,telemetry and command) subsystem reliability design of satellites in the future.

communications satellite; TT&C; on-board performance; design improvement

2014-01-06；

：2014-03-21

國(guó)家重大航天工程

吳雨翔，男，高級(jí)工程師，從事通信衛(wèi)星測(cè)控技術(shù)研究工作。Email：615857824@qq.com。

V443

：ADOI：10.3969/j.issn.1673-8748.2014.03.015