遥测的基本作用是将航天器的工程参数和有效载荷采集的科学数据传输到地面。数传的作用则是完成探测器与地面之间的数据传输。数据通常由科学数据、工程数据、图像和话音数据等组成。星上遥测和数传信息在传回地面时,可以合并设计为一种体制,其主要特性包括工作频段、调制体制、传输速率、编码方式、接收机捕获时间和载波环路带宽等。

一、工作频段

目前深空探测主用S、X频段,DSF1采用S、X频段。口径为35m或低于35m的深空站也可采用Ka频段。Ka频段与X频段相比,同等收发条件下能够提高系统增益,从而提高数据传输率。因此,深空测控系统工作频段正在向Ka频段发展。

二、调制体制

深空测控主要采用残留载波和抑制载波两种调制方式。通常,残留载波在传输速率极低时遥测性能较好,尤其适用于传输速率低且载波环带宽较大或载波存在较大相位噪声的情况。在中等传输速率下,抑制载波的信息传输性能优于残留载波。

三、传输速率

残留载波调制信号的最小符号速率为4sym/s,对于抑制载波调制信号,符号速率Rs与科斯塔斯(Costas)环载波环路带宽BL之间的关系为:Rs/BL≥20。

对于四相相移键控(QPSK)、偏移四相相移键控(OQPSK)调制,40sym/s≤Rs≤26Msym/s。在传输速率较低时,信号所占带宽较窄,对带宽效率没有严格要求,而采用QPSK、OQPSK反而会因存在I、Q两路,带来一些附加的调制和解调损失。CCSDS研究结果指出,在码速率不太高时,二进制相移键控/非归零(BPSK/NRZ)调制方式和码率1/3的Turbo编码是首选方案。

四、编码方式

编码方式的选择与编码增益、带宽、延迟等因素有关。通常编码增益随带宽和延迟时间的增加而增大。深空编码方式主要有RS码、卷积码、RS与卷积级联码。

五、接收机捕获时间

接收机捕获时间主要包括FFT捕获时间和环路锁定时间。大部分接收机的捕获时间在1min以内,当符号速率较小且环路带宽较窄时,接收机完成捕获需要数分钟。

六、载波环路带宽

载波环路带宽一般不大于200Hz,其下限由下行链路噪声决定。当采用残留载波调制方式时,BL≤200Hz;当采用抑制载波调制方式时,BL≤min(200Hz,Rs/20)。

通常环路带宽设计应兼顾载波环信噪比和接收信号动态范围2个因素,在太阳—地球—探测器夹角很小导致下行链路有日冕相位闪烁或探测器发射机的频率稳定性较差时,环路带宽必须取较大值。