浩瀚星河遙相望,星間鏈路搭橋梁

2021-01-21 騰訊網

今天是太空與您相伴的【第723期】

3月底，第54顆北鬥衛星進入長管模式，這意味著距離北鬥三號（BDS-3）組網成功還差一顆衛星，距離2020年全面建成北鬥全球系統，並向用戶提供服務的目標更近一步。

與BDS-2衛星相比， BDS-3衛星「量身定製」了許多新裝備，這其中比較亮眼的是實現衛星間互聯互通的星間鏈路技術。

01

星間探索路漫漫

星間鏈路是實現導航星座自主導航的核心，是提升衛星導航系統自主運行能力的關鍵。

自上世紀80年代，Ananda等科學家針對GPS提出了自主導航框架，並採用仿真數據對其可行性進行了驗證。隨後，ITT空間與通訊部改進了Ananda的方案，設計了自主導航原型系統，並由美國宇航公司進行了地面驗證試驗，於1990年進行了飛行搭載試驗。

GPS在隨後的Block-IIR、Block-IIF系列衛星上均搭載了UHF星間鏈路載荷。

我國對於星間鏈路和自主定軌研究起步相對較晚，早期研究主要集中在算法理論和仿真實驗分析。

2015年，擁有我國自主產權的星間鏈路載荷在北鬥試驗衛星上首次亮相，對建鏈方式、測距精度和數據傳輸時延及效率等多項內容進行了實驗驗證。

北鬥星間鏈路通過高-中軌、中-中軌衛星鏈路和星-地（地面錨固站設備）鏈路，實現「一星通，星星通」。

圖 北鬥三號衛星建鏈示意圖 （楊宇飛，2018）

02

星間建鏈好處多

提出星間鏈路這一概念的目的是降低導航衛星對地面運控系統的依賴，通過星間測距、星間通信和星上數據處理，實現導航星曆的自主更新。但對於我國北鬥衛星導航系統而言，意義絕不僅限於此。

圖 一星通， 星星通

意義之一：彌補地面測站分布稀疏性缺陷

受各方因素限制，北鬥系統不可能像GPS一樣實現全球布站以支持系統日常運行和控制。

有了星間鏈路，導航衛星也成為移動的觀測站，彌補監測站分布局限性和稀疏性對星座精密星曆確定的不利影響。

圖 星間鏈路支持區域監測站精密軌道確定

意義之二：提高導航星曆更新頻度

常規地面運控模式下，導航星曆更新需要經過監測站數據採集、主控站數據處理以及導航星曆上注三個階段，需要經過遠程地面站之間數據傳輸、星地之間數據傳輸等過程，受地面注入站與衛星之間可見性的影響，降低導航星曆更新頻度的受限因素更多。

自主導航直接利用星間測量和星載處理更新導航星曆，減少了星地之間數據傳輸環節，相比而言，導航星曆數據齡期可以更短。此外，通過境內注入、星間轉發的方式，可以解決境外衛星星曆的難題。

圖 BDS-2、BDS-3導航星曆數據齡期對比

意義之三：提高導航系統可靠性

自主導航產生的導航星曆作為一種相對獨立的數據源可用於在軌評估地面運控系統上注星曆，為地面預報星曆精度在軌實時評估提供了一種新的手段，增強了系統運行穩定性。另外，星間測量的高可見性及測量頻度，可有效提高衛星可監測弧段，增強系統完好性監測能力。

03

星間連著你我他

星間鏈路是北鬥三號的亮點，但絕不是導航星座的專利。

浩瀚星河遙相望，星間鏈路搭橋梁。星間鏈路不僅是導航星座內衛星溝通的橋梁，更是打破不同類型衛星通信壁壘的利器。

遙想未來，導航衛星、遙感衛星、通信衛星、甚至空間站都可以通過星間鏈路進行聯通，實現「太空一星通，星星通」。

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