技术开发研究北斗导航卫星系统外文翻译资料

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技术开发研究北斗导航卫星系统

Xianglei Zhao, Hongying Lu and Gang Dai

摘要:基于北斗导航卫星区域系统的施工经验，分析了北都卫星系统的发展特点。 本文对北斗导航卫星的任务要求，平台特性和有效载荷技术进行了研究。 已经为下一个北斗导航卫星系统提出了需要加强的项目建议。

关键词:北斗；导航卫星；卫星；巴士卫星；有效载荷

1.介绍

卫星导航系统可以为地球上的用户提供所有时间，全天候和高精度的定位，导航和定时服务近地空间。 这是一个重要的空间基础设施，它扩大了人们的活动范围，促进了社会发展。 北斗卫星导航系统可以满足中国国家安全，经济发展，技术进步和社会进步的要求，维护国家利益，提升综合国力。

根据区域服务首先开展拓展到全球服务的发展理念，北斗卫星导航系统是

以“三步走”发展战略，稳步推进施工。

第一阶段：北斗导航卫星演示系统。 1994年，中国开始建设北斗导航卫星演示系统。 2000年，启动了两个北斗导航实验卫星，基本建立了北斗导航卫星示范系统，使中国成为拥有独立导航卫星系统的世界第三国。 空间卫星包括位于80度经度的两颗地球静止轨道（GEO）卫星 东和140？ 东面分别在赤道上方。 地面控制段由地面控制中心和多个校准站组成。 北斗导航卫星演示系统可以根据卫星业务的无线电确定提供定位，定时和短消息通信服务[1]。

第二阶段：北斗导航卫星（区域）系统。 2004年，中国开始建设北斗导航卫星系统。 2007年，发射了第一颗卫星，一枚中等地球轨道卫星（COMPASS-M1）。 2012年，北通导航卫星（区域）系统根据卫星无线电确定和卫星无线电导航为中国用户和亚太地区用户提供定位，定时和短信通信服务。 空间混合卫星包括五颗GEO卫星，五架IGSO卫星和四颗MEO卫星。

第三阶段：全球覆盖的北斗导航卫星系统将在2020年前完成。

在建设北斗导航卫星演示系统和区域系统的过程中，中国空间技术研究院积累了丰富的卫星系统设计，生产，测试和在轨应用。 卫星系统设计，空间原子钟，大型FPGA电阻空间环境设计，上行注入抗干扰设计，卫星平台供应安全形成了一系列成就和经验，特别是在区域制度建设过程中。

通过综合分析总结，可为2020年下半年综合建设北斗卫星导航系统提供技术支持。

2. 北斗区域导航卫星系统的特点与功能

三批卫星在批量生产，集约发射和快速构成卫星的需求下统一设计。 IGSO卫星和MEO卫星使用DFH-3卫星平台。 GEO卫星使用DFH-3A新卫星平台。

卫星总线包括结构子系统，热控子系统，跟踪遥测和指挥子系统，电力子系统，姿态和轨道控制子系统，推进子系统和数据管理子系统。 卫星有效载荷包括导航子系统和天线子系统。 GEO卫星的导航子系统由RDSS，时间同步和数据重复，上行接收和精确测距，RNSS负载组成。 IGSO和MEO卫星的导航子系统由上行接收和精确测距，RNSS负载组成。

北斗卫星区域系统的基本任务和要求如下。

1. 选择成熟的卫星总线以满足有效负载的需求。该卫星的使用寿命是8年的轨道。

2.保持RDSS的功能，时间同步和数据重复北斗导航卫星演示系统，是电磁式的兼容新增的RNSS。

3.采用双向卫星地面时间比较技术，卫星时钟与地面站时钟之间的迟到准确差异解决导航卫星数量有限的问题观察和地面控制站分布在狭窄的地区。

4.接收来自地面控制系统的上行接收导航消息存储处理和产生下行链路多信道导航信号。卫星工作状态信息被传送到地面操作控制和用户系统。

5.适应三轨轨道混合卫星多卫星TT和C服务，使用新的S波段扩频TT和C系统和传统成熟USB TT和C系统同时完成TT和C任务独立完成，确保TT和C通道的可靠性和安全性

在覆盖范围内，确保收到的G / T和EIRP值发射信号时，卫星的广播导航信号必须稳定和连续。 此外，计划中断和计划外中断时间持续时间达到项目要求。

3.北斗区域技术开发卫星导航系统

根据项目总体要求，概念设计和原型北斗区域导航卫星系统类型设计已经完成，并于2007年4月14日发射实验卫星，验证了这一点RNSS负载设计，双向卫星接地时间比较技术，车轮轴控制技术，偏航姿态控制技术，车载原子时钟设计。 这标志着中国进入独立发展的新阶段，导航卫星系统。 与此同时，还有进一步措施为解决卫星产品的抗干扰问题，复杂的空间环境。 结果，卫星系统的技术状态，每个子系统和产品确定，确保技术的改进水平和项目质量。

3.1卫星总线

北斗区域导航卫星系统要求卫星总线必须继承成熟的技术和新技术也需要同时应用时间。

符合任务和功能要求的分析结果卫星系统，北斗区域导航卫星系统必须采取新措施基于DFH-3卫星总线技术的电力能力卫星态度控制要求，热控制要求，自我管理，TT和C.上述关键技术必须是突破性的，心理验证。

卫星总线的特点和成果总结如下。

1.混合太阳能电池阵列技术

GEO卫星具有RDSS和RNSS有效载荷，增加了900W卫星电力需求与北斗航空GEO卫星相比卫星演示系统 在采用相同DFH-3的限制下总线太阳能阵列结构和太阳能电池基板，Si和GaAs / Ge混合太阳能阵列技术先行采用。 热特性的协调问题，基于此，解决了电位，电特性和辐射特性电路独立技术，子板布局，隔离二极管和旁路二极管。 实现了GEO卫星的2500瓦功率需求。

2.在三个轴和偏航控制技术轮式控制

为了避免或减少由推进器卸载饱和的动力轮引起的系统级用户定位精度的有害影响，GEO卫星控制子系统采用新的车轮程序控制在三轴。 卸载反应轮动量的调整同时进行车站保养。

IGSO和MEO卫星的轨道倾角为55°。 发病率太阳光线的角度随着上升节点的正确提升而变化改变。 卫星不能同时引导太阳和地球的DFH-3卫星总线。 升序节点和倾角将直接影响功率输出的太阳能电池板，根据DFH-3卫星总线设计。 阳光和地球的影子大于DFH-3卫星平台的GEO卫星，特别是地球的变化的长度和数量的分布阴影。 电力系统的设计条件不同与传统的DFH-3卫星平台相比。 为了保证正常太阳能阵列直接将太阳的精度优于55°，IGSO和MEO轨道卫星首先采用偏航控制。

3. 扩频结构和TT和C技术用于多卫星TT和C服务

利用新的S波段扩频TT和C系统来解决TT和多任务混合卫星的C任务和频率干扰问题，特征研。 低阈值，高动态调度，快速关键技术采集扩展码和精细跟踪数字基带处理器有已经解决了 新的S波段扩频TT和C系统有很多优点，抗干扰能力强，定位精度高，密度低信号功率谱。

4. 能源自我管理技术

为了控制无形轨道上的IGSO和MEO轨道卫星，新的数据处理系统设计用于控制电池电量和卫星舱温度自动。

5. RNSS功率增强技术

为了满足RNSS功率提升的要求和战时抗干扰能力，由卫星星历，卫星姿态和天线波束指向来自有效载荷，姿态和轨道控制，天线和数据处理子系统融合。

6. 高精度热环境控制技术

导航卫星原子钟对环境温度敏感。 其工作范围是-5℃-10℃在轨。温度变化率比例为plusmn;0.5℃/ 24h。 热控制子系统设计原子钟独立温控小客舱。 高精度闭环设计了自动温度控制算法。

3.2卫星有效载荷

导航卫星有效载荷是卫星导航的主要手段功能和服务性能，其技术水平和可靠性直接影响系统的功能和性能。

对于北斗区域卫星导航系统，两种导航和定位系统共存，RNSS和RDSS。 RDSS有效载荷继承北斗卫星导航实验系统功能。 RNSS有效载荷是全新的有效载荷，包括上行接收和精密测距子系统，时频合成子系统，导航信号发生子系统，信号放大链路。

卫星有效载荷特征及主要成果总结如下：

1. 高精度和稳定的板载原子钟技术

铷原子的能级跃迁频率非常稳定。正在使用的特点，产生并锁定低频偏移的铷信号高稳定度晶体振荡器通过微波的有效功率激励腔，频谱信号检测和滤波，磁场控制和温度场。通过这种方式实现原子钟的功能。该开发了北斗导航卫星的国内陆上铷钟通过先进的研究，原型开发和识别产品发展。三家制造商分别开发两种鉴定产品，空间任务产品最终产生。在开发期间，铷原子钟的处理，解决了很多工程问题作为寿命评估，老化测试方法，高精度测量，温度灵敏度特性，真空与大气环境之间的性能差异，长期稳定性测试方法，确保了板载原子钟产品的发展。

同时，通过手段实现了小批量生产设计验证和过程控制。 车载铷原子钟产品具有良好的一致性和兼容性。

2. 卫星精准管理技术的时间和频率标准

以确保上行链路之间的时间和频率的同步和下行链路，设计了参考频率合成器。 参考频率合成器确保多个频率信号之间的相关性，包括卫星的时间信号，频率信号，基带信号和接收机时钟信号。 所以它可以提供可靠，稳定和连续的卫星时钟信号到导航有效载荷。

通过精密调整，卫星时钟具有良好的短期和长期频率稳定特性。 主，原子钟之间的频率传输精度，频率调整分辨率，频率调整和信号频谱监测等卫星时间和频率标准的精度控制和管理符合工程建设的要求。 在使用参考频率合成器的同时，改善了卫星设备集成度，减少了卫星设备的体积和重量。

3. 双向卫星地面时间比较技术

对于北斗卫星导航系统，卫星和地面之间的距离车站通过卫星分别通过微波通道进行地面站在同一时间。 这样，卫星时钟与时钟之间的时钟偏差计算地面站时钟标准和双向卫星接地时间实现了比较和同步。 高精度定时同步建立高精度测距链路和双向实现卫星地面时间比较和同步。 一些关键技术是破解如长码跟踪捕获，多通道接收，轨道零点监测和校准。

4. 时频抗干扰技术

高密度和强度电磁干扰是一个严重的问题北斗区域卫星导航系统建设。 这个问题有解决 它直接影响卫星和地面之间的通信，包括地面站和各种终端，导致系统减少性能。 上行数据接收直接决定是否导航卫星有效载荷可以正常工作，因此具有抗干扰和安全性上行通道设计尤其重要。 这个问题已经解决了精密快速采集跟踪算法，低信号放大技术具有线性范围宽，延时效果低。 技术误码率优于10-8，测距精度要求高满足1 ns以上。

5. 导航信号设计技术，适用于复杂的空间环境

轨道卫星将不可避免地受到地球辐射带的空间带电粒子辐射，宇宙射线，太阳宇宙射线等的影响。由于卫星的内部组件，如DSP，CPU，SRAM和FPGA，包含一个大量触发器和记忆体，存在SEU事件的风险空间环境。 为了尽量减少风险，提供连续，稳定，可靠的导航信号为用户，北斗导航卫星的SEU保护策略设计在三个方面，即设备选择，电路设计和仪器设计。 卫星的表面充电和机舱深还设计了介电充电保护。 通过硬件等手段保护设计，软件容错，三模冗余，定时用ASIC刷新和替换FPGA，设计和验证空间实现了环保产品。

6. 多通道大功率信号的持续稳定技术

北斗导航卫星有效载荷包括上行接收精度测距子系统，时频合成子系统，导航信号一代子系统和信号放大链路。 它有许多不同的信号频率。 为了确保地面用户可以从卫星接收信号更有效地，卫星设计有高功率放大器以确保发射信号有足够的电力。

为了确保卫星内部仪器正常工作，EMC需要系统级的分析和验证。 按照

新设计要求，解决了很多关键问题，RNSS和RDSS有效载荷之间的磁隔离，中介抑制在上行链路接收信号和下行链路发射信号之间，多处理和电力电阻，微波高功率的被动中介抑制设备，加强产品保护，确定产品工作状态等。

4. 北斗导航卫星的发展经验

北斗卫星导航区域系统保留北斗卫星导航主动定位和短信通信实验系统

服务。 它已经开始提供连续的定位，导航，定时以及在中国和周边地区的信息沟通等服务。北斗卫星导航解决了RNSS定位的问题在中国是中国经济社会不可分割的一部分发展空间信息服务。

北斗导航卫星系统的主要经验如下：

1. 结合继承与创新，强化地面考核验证

根据北斗导航的要求和特点卫星，CAST完成了结构模型，热控模型，三维模型。 但是，我们必须采用成熟的产品继承DFH-3卫星平台技术。 概念阶段的关键技术必须解决，确保一点初步设计阶段的风险[2]。

北斗专用卫星的可靠性已经安排好了执行SADA，功率控制器，电池组，接地传感器，和参考频率合成器等，包括分析，改进和验证工作。

2. 确保产品批次的可靠性和质量批准

基于自主研发，创新发展，关键技术是解决了，如空间铷钟，精度范围，双向时间范围，抑制多重和被动中介，规模大ASIC芯片替代FPGA器件，偏航控制，铷，机舱精度较低温度控制;

3. RNSS和RDSS两个定位导航系统共存，功能服务

除了高精度，可靠的定位，导航和定时服务，北斗导航卫星系统可以提供短时间的服务，圣人沟通，诚信和差异化服务。 差异化服务和诚信服务相比，GPS系统的优势在于北斗卫星导航系统是多元化服务区域用户之间的交互。 它将继续在公司中发挥特殊的作用责任和派遣，救灾和环境数据监测。

4. 兼容设计，产品互换

三轨卫星要求按照“一设计，集团批量生产，连续测试，集约发射，快速补充卫星“进行独立产品设计，以确保三者中的大部分卫星产品类型具有互换性; 不可互换产品，机械，电气，热界面也充分考虑兼容性。 快速组成北斗卫星发射过程的卫星把重点放在产品质量问题所进行的工作上具有重大意义，发挥了特殊的作用。

5. 卫星配置和布局的协调一体化3D设计

北斗卫星具有协调一体的3D设计数字系统，具有卫星结构的开发过程和配置和布局配有热控子系统的热控冷却面，配电子系统的电缆网，推进子系统的管线布置。采用AVIDM系统，单元集成数据接口，产品布局，机械接口，热接口，提高整体配置布局设

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