载人航天2009年第2期测控与通信基于中继卫星系统的天基测控与数据中继关键技术浅析龚志刚寇保华z罗丹2(1中国载人航天工程办公室工程总体室2中继卫星控制管理中心)摘要资源分配与调度、星间链路动态捕获跟踪和数据实时分发，是中继卫星系统提供天基测控与数据中继服务的三大关键技术。以“天链一号”中继卫星系统在神舟七号栽人航天飞行中的应用为背景，详细介绍中继卫星系统资源分配的模型与算法、星问链路捕跟模式与流程、数据传输模式与信息流程等技术。关键词天链一号天基测控数据中继中图分类号V557文献标识码A文章编号1674—5825(2009)02—0056—041引言2资源分配与调度技术跟踪与数据中继卫星系统是一个利用同步卫星当多个用户目标要求使用中继卫星系统，其服和地面终端站，对中、低轨飞行器进行高覆盖率测控务时段发生交叠或距离太近无法顺次完成时，就出和数据中继的测控通信系统。这个系统具有跟踪测轨现了资源冲突。此时，必然有某些用户的要求无法得和数据中继两方面的功能，又称“天基测控系统”⋯。跟到满足或无法完全得到满足。另一方面，由于中继卫踪与数据中继卫星系统(以下简称中继卫星系统)的星系统自身需要进行必要的维护和测试，在此期间，出现从根本上解决了地基测控通信覆盖率低的问系统无法向用户提供服务，这样也会导致资源冲突。题，同时还解决了高速数传和多目标测控通信等技为了更合理、有效地利用中继卫星资源，最大限度地术难题。美国、俄罗斯、欧洲和日本都已拥有自己的提高中继卫星系统的业务能力与效率，需要设计优中继卫星系统，并得到广泛的应用，取得了较高的社化的资源分配策略及算法。会与经济效益。2．1资源分配的原则2008年我国自主研制的“天链一号”中继卫星在对中继卫星系统资源进行分配时，应保证优系统在神舟七号载人航天飞行中得到了成功应先级高的任务弧段优先得到支持，同时又不让低优用，将飞船的测控覆盖率从15％提高到50％左右，先级的任务无限等待。其主要原则如下：对保障航天员安全和我国载人航天任务的顺利实(1)所有需要提供服务的用户目标的优先级由施具有重要意义，填补了我国天基测控与数据中卫星管理部门综合确定，新用户加入时，根据任务情继的空白。况，确定其优先级；在利用中继卫星系统进行天基测控与数据中继(2)当两个或两个以上的申请冲突时，保证优先任务时，资源的有效分配与调度是首要环节，星问链级高的申请得到服务；路的动态捕获跟踪是任务成功的关键，而用户数据(3)每一次进行冲突消解之后，用户目标的优先的实时分发是任务的最终实现。本文对上述三项关级根据服务情况进行动态调整；键技术进行了研究。(4)相邻两次用户任务的间隔时间不小于任务来稿日期：2009—05—26作者简介：龚志刚(1971．9一)，男，硕士，工程师，主要从事载人航天工程和中继卫星工程技术总体工作。56载人航天2009年第2期堡皇望笪切换时间；抽象：(5)在发生冲突的申请优先级差别不大，且冲突前提1：资源可以分时为不同的任务提供服务；时间不长的情况下，根据用户申请中的某些内容(如前提2：任务执行时对指定资源是独占的；最短服务时间，开始时间允许的偏差等)，对用户申前提3：任务的开始时刻和结束时刻是预先给请的开始时间或服务时间进行调整，从而保证某些定的。冲突的申请能够得到部分满足；在上述前提下，可以把任务等效为对特定资源(6)根据用户申请中的关联性服务事件，如果其的占用时间段，资源分配的任务就是合理地安排这中一个无法得到满足，则相关联的事件均予以取消。些时间段，最大限度地发挥系统的效能。基于此，得2．2资源分配模型及算法到资源分配的基本模型如下：通常需要占用中继卫星系统资源的任务共有三给定M个长度固定且相等(记为T)的时间块类：数据中继任务、中继卫星工程测控、地面站设备(资源)，以及N个长度不等(小于T)、起始时刻固定维护。一般而言，它们之间是相互排斥的，在进行一的时间段(任务)，每个任务具有一个给定的权值。要项任务时，其它任务无法同时进行。在不同的时间，求在不出现资源冲突的情况下，将这些任务安排到中继卫星的资源可以为不同的任务提供服务，而在合适的资源上的合适的位置(即为这些任务分配资同一个时间段，中继卫星只能为一种任务提供服务。源)，使所有得到安排的任务的权值之和最大。基于以上描述，对中继卫星工作模型进行如下资源分配模型的示意图如下：用户J用户2起点终点用户m10资源图1资源分配模型示意图图1中，所有的任务分为m类，称为m个用户，(3)任：蓉一个任务的终止时刻与每个用户中该设第i个用户提交ni个任务，那么总的任务数目为：时刻之后、最接近该时刻的任务起始时刻之间添