黃 磊， 陳少伍， 徐寶碧， 丁 林， 李海濤， 程 承

(1.北京跟蹤與通信技術(shù)研究所，北京 100094； 2.北京空間飛行器總體設(shè)計(jì)部，北京 100094；3.上海宇航系統(tǒng)工程研究所，上海 201108)

按照我國(guó)探月工程“繞、落、回”三步走的戰(zhàn)略[1]，嫦娥五號(hào)探測(cè)器于2020年11月24日在海南文昌發(fā)射場(chǎng)順利發(fā)射，歷時(shí)23天后，于2020年12月17日凌晨成功攜帶月球樣品返回地球，實(shí)現(xiàn)了我國(guó)首次地外天體采樣返回。

此次任務(wù)從發(fā)射段伊始就采用軌道器X頻段進(jìn)行測(cè)控，這在我國(guó)探月任務(wù)中尚屬首次。采用X頻段測(cè)控與S頻段相比，可以顯著減輕應(yīng)答機(jī)質(zhì)量，提高測(cè)定軌精度[2]，但由于天線波束相應(yīng)變窄，增加了地面測(cè)控站捕獲的難度。在此次任務(wù)中，探測(cè)器與運(yùn)載火箭分離約6 min后便進(jìn)入阿根廷深空站的跟蹤弧段，阿根廷深空站波束較小，X頻段僅為0.07°，而之前歷次探月任務(wù)使用的圣地亞哥站S頻段波束約為0.8°，兩者相差10倍以上，若運(yùn)載火箭入軌偏差較大就會(huì)存在無(wú)法捕獲探測(cè)器的風(fēng)險(xiǎn)，為確保任務(wù)萬(wàn)無(wú)一失，任務(wù)中采用歐空局庫(kù)魯站作為發(fā)射入軌段的測(cè)控備份，可在關(guān)鍵時(shí)刻開展應(yīng)急測(cè)控。此外，為了確保采樣返回過程中，軌道器與返回器分離點(diǎn)參數(shù)精度指標(biāo)能夠滿足任務(wù)要求，采用歐空局瑪斯帕拉瑪斯站與我國(guó)測(cè)控網(wǎng)所屬的納米比亞站、阿根廷深空站一起對(duì)軌道器開展三站接力測(cè)量，通過三站地理幾何上的分布來(lái)提高測(cè)定軌精度。

為了驗(yàn)證嫦娥五號(hào)軌道器與歐空局所屬測(cè)控站的接口匹配性，中歐雙方于2017年下半年在歐洲空間操作中心(European Space Operations Center，ESOC)開展了測(cè)控對(duì)接試驗(yàn)，并進(jìn)行了軌道器—ESOC—北京中心(Beijing Aerospace Control Center，BACC)之間大回路地地接口測(cè)試。本文詳細(xì)介紹了此次測(cè)控對(duì)接試驗(yàn)的設(shè)計(jì)、實(shí)現(xiàn)、啟示和結(jié)論，重點(diǎn)介紹了試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)方法上與國(guó)內(nèi)測(cè)控對(duì)接試驗(yàn)的異同。

我國(guó)和歐空局自21世紀(jì)初簽署測(cè)控合作協(xié)議以來(lái)，在嫦娥一號(hào)、嫦娥二號(hào)、嫦娥三號(hào)和嫦娥五號(hào)等探月任務(wù)以及首次火星探測(cè)任務(wù)中均利用歐方測(cè)站為我方探測(cè)器進(jìn)行了測(cè)控支持。在測(cè)控支持前，雙方需要正式簽署天地接口控制文件，并開展一次測(cè)控對(duì)接試驗(yàn)，以確保天地接口的匹配。因嫦娥二號(hào)與嫦娥一號(hào)的天地接口狀態(tài)相同，因此中歐雙方針對(duì)我國(guó)月球與深空探測(cè)任務(wù)在ESOC共開展了4次測(cè)控對(duì)接試驗(yàn)。然而，截至目前，在國(guó)內(nèi)公開發(fā)表的各類文獻(xiàn)中，尚未有對(duì)ESOC航天任務(wù)測(cè)控對(duì)接試驗(yàn)的詳細(xì)介紹論述，本文將填補(bǔ)這一空白，通過對(duì)歐空局測(cè)控對(duì)接試驗(yàn)方法的介紹，以及從對(duì)接試驗(yàn)的成功經(jīng)驗(yàn)中獲得的對(duì)接模式、對(duì)接試驗(yàn)條件、對(duì)接項(xiàng)目和對(duì)接方法4個(gè)方面的啟示，為今后國(guó)內(nèi)站測(cè)控對(duì)接提供重要參考建議。

1 軌道器對(duì)接試驗(yàn)

1.1 對(duì)接試驗(yàn)基本設(shè)計(jì)原則

由于在嫦娥五號(hào)任務(wù)過程中，歐方地面測(cè)控站和ESOC均需向中方提供測(cè)控支持，因此對(duì)接試驗(yàn)包括了射頻測(cè)控對(duì)接(Radio Frequency Compatibility Test，RFCT)和地地接口測(cè)試兩部分內(nèi)容，分別用于對(duì)嫦娥五號(hào)任務(wù)中歐雙方的天地接口和地地接口指標(biāo)進(jìn)行驗(yàn)證及確認(rèn)。

為了確保試驗(yàn)驗(yàn)證的正確性、充分性和有效性，在試驗(yàn)之前，中歐雙方對(duì)對(duì)接試驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行了協(xié)同設(shè)計(jì)，明確了以下基本設(shè)計(jì)原則：

① 中歐雙方參與對(duì)接試驗(yàn)的設(shè)備必須能夠代表任務(wù)真正技術(shù)狀態(tài)，若任務(wù)因故推遲，雙方設(shè)備狀態(tài)需保持對(duì)接時(shí)的狀態(tài)不變，確保執(zhí)行任務(wù)時(shí)天地接口匹配。

② 對(duì)接試驗(yàn)項(xiàng)目需對(duì)雙方接口控制文件中列出的所有相關(guān)指標(biāo)進(jìn)行確認(rèn)，若出現(xiàn)與接口指標(biāo)不一致的情況，需視情對(duì)接口控制文件進(jìn)行修訂。

③ 對(duì)接試驗(yàn)項(xiàng)目兼顧中方對(duì)接試驗(yàn)規(guī)程和歐方對(duì)接試驗(yàn)規(guī)程，確保對(duì)接內(nèi)容的全面充分，各項(xiàng)指標(biāo)需符合空間數(shù)據(jù)系統(tǒng)咨詢委員會(huì)(Consultative Committee for Space Data Systems,CCSDS)標(biāo)準(zhǔn)和/或歐洲航天標(biāo)準(zhǔn)化合作組織(European Cooperation for Space Standardization,ECSS)標(biāo)準(zhǔn)。

④ 因參試設(shè)備實(shí)際技術(shù)狀態(tài)等原因?qū)е聼o(wú)法進(jìn)行測(cè)試的項(xiàng)目在試驗(yàn)前由雙方溝通確認(rèn)，若該項(xiàng)目對(duì)接口指標(biāo)無(wú)影響，可不進(jìn)行測(cè)試，寫入對(duì)接紀(jì)要的棄權(quán)部分，不影響對(duì)接試驗(yàn)的最終結(jié)論。

1.2 射頻測(cè)控對(duì)接設(shè)計(jì)

射頻測(cè)控對(duì)接主要檢驗(yàn)天地接口設(shè)計(jì)的正確性和協(xié)同工作的匹配性、可靠性[3]。圖1(a)為歐空局參考測(cè)試站測(cè)控設(shè)備，在位于ESOC的參考測(cè)試站進(jìn)行，參考測(cè)試站通過加載不同的基帶來(lái)模擬相應(yīng)測(cè)站的技術(shù)狀態(tài)，庫(kù)魯站使用中頻調(diào)制系統(tǒng)(Intermediate Frequency Modulation System,IFMS)基帶，而瑪斯帕拉瑪斯站使用Cortex基帶。從2020年開始，跟蹤遙測(cè)和命令處理器(Tracking,Telemetry & Command Processor，TTCP)基帶[4]將逐步替換掉現(xiàn)在使用的IFMS基帶，這涉及到歐空局的3個(gè)深空站和庫(kù)魯站，但歐方承諾庫(kù)魯站的IFMS基帶將一直保留，確保執(zhí)行完嫦娥五號(hào)任務(wù)為止。

嫦娥五號(hào)軌道器相關(guān)設(shè)備以及配套地檢設(shè)備放置于屏蔽室內(nèi)，如圖1(b)所示。屏蔽室面積約6～7 m2，試驗(yàn)期間房門關(guān)閉，有效屏蔽了因射頻信號(hào)泄露導(dǎo)致的干擾，防止了漏信號(hào)過強(qiáng)導(dǎo)致接收機(jī)誤鎖定現(xiàn)象[5]，使得測(cè)試結(jié)果更加準(zhǔn)確，極其適用于上行及下行門限指標(biāo)測(cè)試。此次對(duì)接中，嫦娥五號(hào)軌道器相關(guān)設(shè)備均為鑒定件，其技術(shù)狀態(tài)可以真實(shí)代表上天產(chǎn)品的技術(shù)狀態(tài)。

圖1 射頻對(duì)接試驗(yàn)中天地相關(guān)測(cè)控設(shè)備

嫦娥五號(hào)軌道器測(cè)控分系統(tǒng)框圖如圖2所示。軌道器共有2臺(tái)X頻段應(yīng)答機(jī)(應(yīng)答機(jī)A和應(yīng)答機(jī)B)、每臺(tái)應(yīng)答機(jī)由不同的研制單位生產(chǎn)，且均可工作在2個(gè)測(cè)控點(diǎn)頻上(測(cè)控點(diǎn)頻1和測(cè)控點(diǎn)頻2)，而庫(kù)魯站和瑪斯帕拉瑪斯站的基帶設(shè)備也不相同，為了確保對(duì)接充分，依次進(jìn)行了B2(B2指應(yīng)答機(jī)B和測(cè)控點(diǎn)頻2)與庫(kù)魯站、A1(A1指應(yīng)答機(jī)A和測(cè)控點(diǎn)頻1)與瑪斯帕拉瑪斯站、A1與庫(kù)魯站、B2與瑪斯帕拉瑪斯站的對(duì)接，共計(jì)4組，每組對(duì)接項(xiàng)目相同。通過充分對(duì)接，確保了在正常及異常飛行情況下利用歐空局地面測(cè)控站開展應(yīng)急測(cè)控的可行性，進(jìn)一步提高了任務(wù)的可靠性。

中歐雙方共同開展了射頻測(cè)控對(duì)接試驗(yàn)的設(shè)計(jì)工作，確定的對(duì)接項(xiàng)目包括地面站上行信號(hào)特性測(cè)試、應(yīng)答機(jī)特性測(cè)試、嫦娥五號(hào)軌道器下行測(cè)控信號(hào)特性測(cè)試、地面站下行信號(hào)接收特性測(cè)試，以及跟蹤性能測(cè)試5部分。

圖2 嫦娥五號(hào)軌道器測(cè)控分系統(tǒng)框圖

1.2.1 地面站上行信號(hào)特性測(cè)試

地面站上行信號(hào)特性測(cè)試與國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)對(duì)接相同的測(cè)試項(xiàng)目包括上行頻譜純凈度檢查、遙控調(diào)制指數(shù)測(cè)試和測(cè)距調(diào)制指數(shù)測(cè)試。相較于國(guó)內(nèi)對(duì)接，此次對(duì)接項(xiàng)目增加了載波相位噪聲測(cè)試和占用帶寬測(cè)試。

1.2.2 應(yīng)答機(jī)特性測(cè)試

應(yīng)答機(jī)特性測(cè)試與國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)對(duì)接相同的測(cè)試項(xiàng)目包括應(yīng)答機(jī)捕獲門限測(cè)試、跟蹤門限測(cè)試、最大捕獲范圍測(cè)試、遙控門限測(cè)試和遙控副載波偏移情況下遙控指令接收情況測(cè)試。相較于國(guó)內(nèi)對(duì)接，ESOC對(duì)接試驗(yàn)中一般還會(huì)進(jìn)行環(huán)路應(yīng)力測(cè)試和遙控誤碼率測(cè)試。但較為遺憾的是，因條件所限，這兩項(xiàng)測(cè)試在此次對(duì)接中均未能開展。

環(huán)路應(yīng)力測(cè)試的目的是對(duì)星上應(yīng)答機(jī)最佳鎖定頻率[6]的正確性進(jìn)行驗(yàn)證。為完成該項(xiàng)測(cè)試，應(yīng)答機(jī)鎖相環(huán)的環(huán)路應(yīng)力信息(該信息與壓控振蕩器(Voltage Controlled Oscillator,VCO)頻率偏移量相關(guān))需通過遙測(cè)數(shù)據(jù)下傳，而軌道器遙測(cè)信息中不含該項(xiàng)信息，因此該項(xiàng)測(cè)試無(wú)法進(jìn)行。該測(cè)試對(duì)接口指標(biāo)確認(rèn)無(wú)影響。

遙控誤碼率測(cè)試需要星上具備對(duì)遙控誤碼率進(jìn)行統(tǒng)計(jì)的能力，因國(guó)內(nèi)測(cè)控對(duì)接不進(jìn)行該項(xiàng)測(cè)試，嫦娥五號(hào)軌道器相關(guān)對(duì)接設(shè)備并不具備統(tǒng)計(jì)遙控誤碼率能力。通過協(xié)調(diào)，中歐雙方均認(rèn)為在遙控門限測(cè)試項(xiàng)目中通過統(tǒng)計(jì)遙控指令發(fā)送成功率可以作為該項(xiàng)測(cè)試的替代。

1.2.3 軌道器下行測(cè)控信號(hào)特性測(cè)試

軌道器下行測(cè)控信號(hào)特性測(cè)試與國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)對(duì)接相同的測(cè)試項(xiàng)目包括下行頻譜純凈度檢查、遙測(cè)調(diào)制指數(shù)測(cè)試和測(cè)距轉(zhuǎn)發(fā)調(diào)制指數(shù)測(cè)試。相較于國(guó)內(nèi)對(duì)接，ESOC對(duì)接項(xiàng)目增加了載波相位噪聲測(cè)試和占用帶寬測(cè)試。

1.2.4 地面站下行信號(hào)接收特性測(cè)試

地面站下行信號(hào)接收特性測(cè)試包括載波鎖定門限測(cè)試、遙測(cè)副載波鎖定門限測(cè)試、載波信號(hào)錯(cuò)鎖測(cè)試、相干/非相干切換情況下遙測(cè)副載波鎖定情況測(cè)試、加調(diào)遙測(cè)和/或測(cè)距時(shí)對(duì)遙測(cè)接收的影響測(cè)試、遙測(cè)誤幀率測(cè)試和遙測(cè)誤碼率測(cè)試。在國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)對(duì)接項(xiàng)目里，不包含相干/非相干切換情況下遙測(cè)副載波鎖定情況測(cè)試和加調(diào)遙測(cè)和/或測(cè)距時(shí)對(duì)遙測(cè)接收的影響測(cè)試。這兩項(xiàng)測(cè)試的操作流程較為簡(jiǎn)單，不涉及接口指標(biāo)的驗(yàn)證，但測(cè)試結(jié)果對(duì)任務(wù)的實(shí)際操作有重要參考意義。

1.2.5 跟蹤性能測(cè)試

跟蹤性能測(cè)試包括測(cè)距群時(shí)延穩(wěn)定性測(cè)試、測(cè)距隨機(jī)差測(cè)試、測(cè)速隨機(jī)差測(cè)試、載波頻率穩(wěn)定度測(cè)試、相干轉(zhuǎn)發(fā)比測(cè)試和非相干模式下長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度測(cè)試。在國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)對(duì)接項(xiàng)目里，往往對(duì)非相干模式下長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度測(cè)試不作考核，此外對(duì)于相干轉(zhuǎn)發(fā)比測(cè)試合格的判別方法，ESOC與中方有所不同。

1.3 地地接口測(cè)試設(shè)計(jì)

圖3為地地信息接口關(guān)系示意圖，地地接口測(cè)試包括通信鏈路連通、語(yǔ)音調(diào)度溝通、雙向信息交互3個(gè)部分，對(duì)圖3中涉及到的主要信息接口進(jìn)行了充分的大回路驗(yàn)證。

圖3 地地信息接口關(guān)系示意圖

地地接口測(cè)試的主要項(xiàng)目包括：語(yǔ)音、遙測(cè)、遙控、外測(cè)、軌道、氣象和計(jì)劃等各類數(shù)據(jù)的傳輸。

語(yǔ)音測(cè)試在通信鏈路連通之后進(jìn)行，利用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行VoIP雙向語(yǔ)音傳輸。

遙測(cè)數(shù)據(jù)采用CCSDS空間鏈路擴(kuò)展(Space Link Extension,SLE)返向全幀(Return All Frame,RAF)協(xié)議進(jìn)行傳輸[7]，使用在線完整傳輸模式。參考測(cè)試站實(shí)時(shí)接收嫦娥五號(hào)軌道器下傳的遙測(cè)數(shù)據(jù)，并作為SLE服務(wù)端，實(shí)時(shí)向BACC發(fā)送。BACC作為SLE客戶端對(duì)接收到的遙測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行正確性確認(rèn)。

遙控?cái)?shù)據(jù)采用CCSDS SLE通信鏈路傳輸單元(Communication Link Transmission Unit,CLTU)協(xié)議進(jìn)行傳輸[8]。BACC向ESOC發(fā)送嫦娥五號(hào)軌道器自檢指令，由ESOC接收并通過參考測(cè)試站將指令上注至軌道器，通過指令計(jì)數(shù)對(duì)遙控執(zhí)行的正確性進(jìn)行確認(rèn)。

外測(cè)、軌道、氣象、計(jì)劃等各類數(shù)據(jù)均通過文件方式進(jìn)行傳輸。其中，外測(cè)類數(shù)據(jù)包括雙向多普勒、雙向測(cè)距和測(cè)角，文件格式符合CCSDS跟蹤數(shù)據(jù)信息(Tracking Data Message，TDM)格式標(biāo)準(zhǔn)[9]；軌道數(shù)據(jù)格式符合CCSDS軌道星歷信息(Orbit Ephemeris Message,OEM)格式標(biāo)準(zhǔn)[10]，氣象數(shù)據(jù)格式符合CCSDS TDM格式標(biāo)準(zhǔn)[9]，計(jì)劃文件為中歐雙方自行約定格式，給出了計(jì)劃的測(cè)站跟蹤開始/結(jié)束的時(shí)間。

2 實(shí)現(xiàn)效果

開展射頻測(cè)控對(duì)接的第1步是進(jìn)行上下行鏈路的電平標(biāo)定，圖4給出了應(yīng)答機(jī)B、測(cè)控點(diǎn)頻2與庫(kù)魯站對(duì)接試驗(yàn)的連接框圖和鏈路標(biāo)定結(jié)果。

2.1 部分ESOC對(duì)接增加項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)效果

2.1.1 上行載波相位噪聲測(cè)試

在ECSS相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中[11]，對(duì)于A類任務(wù)(2×106km以內(nèi))[12]，上行載波信號(hào)的相位噪聲應(yīng)滿足如下關(guān)系：

相位噪聲密度<-(48+10lg(f))dBc/Hz(10Hz≤f≤1MHz)

(1)

圖4 對(duì)接試驗(yàn)連接框圖和鏈路標(biāo)定結(jié)果(應(yīng)答機(jī)B和測(cè)控點(diǎn)頻2)

相位噪聲密度<-108 dBc/Hz(f>1MHz)

(2)

圖5為上行載波信號(hào)相位噪聲測(cè)試的實(shí)測(cè)結(jié)果，圖中的直線對(duì)應(yīng)于式(1)，因此相位噪聲滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。

圖5 上行載波信號(hào)相位噪聲測(cè)試結(jié)果

2.1.2 上行占用帶寬測(cè)試

占用帶寬指99%功率所占有的帶寬。按照ECSS標(biāo)準(zhǔn)[11]，對(duì)于A類及B類任務(wù)(2×106km以外)，加調(diào)上行測(cè)距情況下的占用帶寬應(yīng)為2.5×fR(fR為測(cè)距主音頻率)或滿足頻率申報(bào)許可要求[11]。圖6為上行測(cè)距占用帶寬測(cè)試結(jié)果，由圖6可知，上行音碼測(cè)距[13](碼長(zhǎng)級(jí)數(shù)為14)占用帶寬的實(shí)測(cè)值為1.9928 MHz，嫦娥五號(hào)軌道器測(cè)距主音頻率為500 kHz。因中方向國(guó)際電聯(lián)實(shí)際申報(bào)的上行頻率許可值為2 MHz，所以此項(xiàng)測(cè)試滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.1.3 下行載波相位噪聲測(cè)試

在ECSS相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)中[11]，下行載波信號(hào)的相位噪聲應(yīng)滿足：在非相干模式下，未調(diào)制載波的相位噪聲在10 Hz～100 kHz間的積分相位值應(yīng)小于2°均方根。圖7為下行載波信號(hào)相位噪聲測(cè)試的實(shí)測(cè)結(jié)果，為1.701°。

圖6 上行測(cè)距占用帶寬測(cè)試結(jié)果

圖7 下行載波信號(hào)相位噪聲測(cè)試結(jié)果

2.1.4 下行占用帶寬測(cè)試

下行信號(hào)占用帶寬因遙測(cè)、數(shù)傳碼速率的不同以及是否轉(zhuǎn)發(fā)下行測(cè)距信號(hào)而有所區(qū)別，經(jīng)測(cè)試，下行信號(hào)占用帶寬滿足中方向國(guó)際電聯(lián)實(shí)際申報(bào)的下行頻率許可值，因此此項(xiàng)測(cè)試滿足標(biāo)準(zhǔn)的要求。

2.1.5 非相干模式下長(zhǎng)期頻率穩(wěn)定度測(cè)試

ECSS相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[11]建議在整個(gè)航天器生命周期中，頻率穩(wěn)定度優(yōu)于±2E-5。經(jīng)過2～3 h實(shí)測(cè)，結(jié)果優(yōu)于±1E-6，認(rèn)為其滿足要求。

2.1.6 相干轉(zhuǎn)發(fā)比測(cè)試

相干轉(zhuǎn)發(fā)比的準(zhǔn)確度會(huì)對(duì)多普勒測(cè)速的精度產(chǎn)生影響。ESOC該項(xiàng)測(cè)試的判別方法為：理想相干轉(zhuǎn)發(fā)比情況下，A類任務(wù)的雙向測(cè)速誤差應(yīng)小于0.1 mm/s(測(cè)速積分時(shí)間大于400 s)[13]。對(duì)于測(cè)試頻率的選擇，采用標(biāo)稱頻率、標(biāo)稱頻率+300 kHz和標(biāo)稱頻率-300 kHz(300 kHz為整個(gè)任務(wù)中相干模式下下行多普勒頻偏最大值)3種條件分別進(jìn)行測(cè)試。其中，庫(kù)魯站IFMS基帶與B2的測(cè)試結(jié)果如表1所示。

表1 庫(kù)魯站IFMS基帶與B2的測(cè)試結(jié)果

若轉(zhuǎn)發(fā)比絕對(duì)準(zhǔn)確，則理想情況下的雙向測(cè)速誤差中應(yīng)只包含隨機(jī)差。但在很多情況下(例如數(shù)字應(yīng)答機(jī)鎖相環(huán)DDS的量化位數(shù)不夠等)，應(yīng)答機(jī)會(huì)帶來(lái)測(cè)速系統(tǒng)差，影響到測(cè)速數(shù)據(jù)質(zhì)量。通過ESOC的測(cè)試方法，很容易評(píng)估出相干轉(zhuǎn)發(fā)比的準(zhǔn)確性，以及相干轉(zhuǎn)發(fā)模式下是否存在不可接受的測(cè)速系統(tǒng)差。

在國(guó)內(nèi)傳統(tǒng)對(duì)接試驗(yàn)中，往往在標(biāo)稱上行頻率和上行頻率±50 kHz情況下，靠頻譜儀讀出下行頻率值，進(jìn)而進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)比計(jì)算。而頻譜儀的頻率分辨率不夠高，無(wú)法判斷出應(yīng)答機(jī)相干轉(zhuǎn)發(fā)模式下是否存在明顯的測(cè)速系統(tǒng)差。

2.2 主要接口指標(biāo)的測(cè)試結(jié)果

標(biāo)稱指標(biāo)與測(cè)試結(jié)果對(duì)比如表2所示，測(cè)試結(jié)果表明結(jié)果良好。通過嫦娥五號(hào)軌道器ESOC對(duì)接試驗(yàn)表明：軌道器與歐空局所屬庫(kù)魯站、瑪斯帕拉瑪斯站天地接口匹配，北京中心(BACC)與ESOC間地地接口匹配，相關(guān)技術(shù)參數(shù)可以滿足嫦娥五號(hào)任務(wù)要求。

表2 標(biāo)稱指標(biāo)與測(cè)試結(jié)果對(duì)比

3 啟示建議

通過赴ESOC開展對(duì)接試驗(yàn)，在對(duì)接手段、對(duì)接試驗(yàn)條件、對(duì)接項(xiàng)目、對(duì)接方法等方面有如下啟示建議。

3.1 對(duì)接模式

目前國(guó)內(nèi)測(cè)控對(duì)接采用的對(duì)接手段包括真星產(chǎn)品對(duì)接、專用測(cè)控模擬器對(duì)接和通用模擬器對(duì)接3種[14]，后2種方式能夠節(jié)約研制成本和周期，但并不能完全代表上天狀態(tài)。據(jù)了解，歐空局所有航天任務(wù)的對(duì)接試驗(yàn)必須要求采用能夠代表真實(shí)狀態(tài)的星上產(chǎn)品進(jìn)行對(duì)接，此次嫦娥五號(hào)軌道器對(duì)接采用的也是能夠代表真實(shí)狀態(tài)的鑒定件產(chǎn)品，因?yàn)橹挥羞@樣才能真正確保天地接口的匹配。反觀國(guó)內(nèi)，某些型號(hào)在僅安排1次對(duì)接試驗(yàn)的情況下，以初樣產(chǎn)品代替正樣對(duì)接，頻點(diǎn)錯(cuò)誤、星載計(jì)算機(jī)軟件邏輯錯(cuò)誤和副載波調(diào)制度錯(cuò)誤等問題層出不窮。今后在國(guó)內(nèi)對(duì)接中，希望型號(hào)部門能盡量提供代表真實(shí)狀態(tài)的星上產(chǎn)品，確保試驗(yàn)結(jié)果的有效性。

3.2 對(duì)接試驗(yàn)條件

歐空局所有航天任務(wù)的測(cè)控對(duì)接均在ESOC參考測(cè)試站完成，不需要去真實(shí)測(cè)站進(jìn)行對(duì)接，極大地節(jié)省了人力、物力和財(cái)力，與我國(guó)凡重大任務(wù)(載人航天、月球及深空探測(cè)等)去多個(gè)測(cè)站充分對(duì)接的思路完全不同。建議我國(guó)后續(xù)對(duì)接試驗(yàn)開展時(shí)適當(dāng)參考?xì)W空局模式，在條件具備的情況下建設(shè)參考測(cè)試站，參考測(cè)試站內(nèi)所配基帶版本能夠遍歷任務(wù)參試各站。

此外，ESOC參考測(cè)試站所具備的對(duì)接試驗(yàn)條件超過了我國(guó)任何一個(gè)測(cè)控站，具體優(yōu)勢(shì)包括以下3點(diǎn)。

① 參考測(cè)試站屏蔽室有效屏蔽了因射頻信號(hào)泄漏導(dǎo)致的干擾，防止了漏信號(hào)過強(qiáng)導(dǎo)致接收機(jī)誤鎖定現(xiàn)象；而國(guó)內(nèi)在開展對(duì)接測(cè)試時(shí)，經(jīng)常會(huì)因漏信號(hào)問題導(dǎo)致門限情況下的接口指標(biāo)無(wú)法測(cè)量，這在深空任務(wù)中尤其突出。

② 參考測(cè)試站連續(xù)可變衰減器在調(diào)節(jié)的同時(shí)不會(huì)發(fā)生信號(hào)中斷的情況，而且通過鼠標(biāo)就可以遠(yuǎn)程控制；而國(guó)內(nèi)在開展對(duì)接測(cè)試時(shí)，一旦調(diào)節(jié)衰減器就會(huì)導(dǎo)致信號(hào)中斷，需要用其他方法(如調(diào)整上行發(fā)射功率)來(lái)保證信號(hào)功率連續(xù)變化，這可能會(huì)額外引入人為操作所帶來(lái)的失誤。

③ 參考測(cè)試站通過配置噪聲源來(lái)保證下行遙測(cè)相關(guān)對(duì)接項(xiàng)目順利進(jìn)行；而國(guó)內(nèi)測(cè)控站往往沒有噪聲源可用，在進(jìn)行遙測(cè)誤碼率測(cè)試時(shí)，有時(shí)無(wú)法調(diào)出合適的信噪譜密度比，或是即便信噪譜密度比達(dá)到要求，但有用信號(hào)絕對(duì)功率過低，在信號(hào)泄漏和多徑等效應(yīng)綜合影響下，可能會(huì)導(dǎo)致信號(hào)強(qiáng)度不穩(wěn)定，對(duì)測(cè)試結(jié)果帶來(lái)影響。

綜上，建議改善部分測(cè)控站的對(duì)接試驗(yàn)條件或在新建參考測(cè)試站時(shí)考慮上述因素。

3.3 對(duì)接項(xiàng)目

通過比較可以看出，ESOC參考測(cè)試站對(duì)接項(xiàng)目與國(guó)內(nèi)對(duì)接項(xiàng)目大體相同，考慮到頻率協(xié)調(diào)上的問題，建議在國(guó)內(nèi)對(duì)接試驗(yàn)中酌情增加ESOC測(cè)試所增加的上/下行載波相位噪聲測(cè)試和占用帶寬測(cè)試，相干/非相干切換情況下遙測(cè)副載波鎖定情況測(cè)試，以及加調(diào)遙測(cè)和/或測(cè)距時(shí)對(duì)遙測(cè)接收的影響測(cè)試等項(xiàng)目。其中，載波相位噪聲測(cè)試和占用帶寬測(cè)試因與測(cè)控功能驗(yàn)證無(wú)關(guān)，往往在國(guó)內(nèi)測(cè)控對(duì)接試驗(yàn)中被忽略，其指標(biāo)要求由衛(wèi)星型號(hào)部門自行保證，建議今后相關(guān)指標(biāo)直接列入接口控制文件，并在對(duì)接試驗(yàn)中進(jìn)行專項(xiàng)測(cè)試。

實(shí)際上，在我國(guó)頻率主管部門向國(guó)際電聯(lián)進(jìn)行頻率申報(bào)時(shí)，占用帶寬需作為重要參數(shù)和航天器使用頻率一并申報(bào)。如果實(shí)際占用帶寬超出申請(qǐng)的占用帶寬，我國(guó)航天器信號(hào)有可能進(jìn)入其他國(guó)家航天器的占用帶寬中，對(duì)他國(guó)航天器帶來(lái)頻率干擾，使我國(guó)在國(guó)際頻率協(xié)調(diào)中處于被動(dòng)位置。

3.4 對(duì)接方法

ESOC相干轉(zhuǎn)發(fā)比測(cè)試的方法比國(guó)內(nèi)對(duì)接時(shí)采用的方法更為精確，尤其適用于采用數(shù)字應(yīng)答機(jī)的情況，建議在后續(xù)國(guó)內(nèi)對(duì)接試驗(yàn)中采用歐方的方法。實(shí)際上，該方法已在在我國(guó)首次火星探測(cè)任務(wù)的國(guó)內(nèi)對(duì)接試驗(yàn)中得到應(yīng)用，并發(fā)現(xiàn)了我國(guó)某所研制的數(shù)字應(yīng)答機(jī)確實(shí)存在問題。通過及時(shí)整改，確保了多普勒測(cè)速數(shù)據(jù)的精度。

4 結(jié)束語(yǔ)

對(duì)嫦娥五號(hào)軌道器在ESOC開展測(cè)控對(duì)接的試驗(yàn)項(xiàng)目?jī)?nèi)容進(jìn)行了詳細(xì)介紹。分析了利用ESOC參考測(cè)試站開展對(duì)接試驗(yàn)與在國(guó)內(nèi)測(cè)控站開展對(duì)接試驗(yàn)時(shí)在試驗(yàn)項(xiàng)目及試驗(yàn)方法上的異同。對(duì)接試驗(yàn)結(jié)果表明：嫦娥五號(hào)軌道器與歐空局所屬庫(kù)魯站、瑪斯帕拉瑪斯站天地接口匹配，BACC與ESOC之間地地接口匹配，相關(guān)技術(shù)參數(shù)可以滿足嫦娥五號(hào)任務(wù)要求。此外，從歐方對(duì)接試驗(yàn)的成功經(jīng)驗(yàn)中獲得了深刻的啟示，對(duì)今后國(guó)內(nèi)站測(cè)控對(duì)接在對(duì)接模式、對(duì)接試驗(yàn)條件、對(duì)接項(xiàng)目、對(duì)接方法等方面均提供了重要參考建議。