深空测控通信的4大特点

信号空间衰减大

深空测控需要对几亿千米，甚至上百亿千米的遥远探测器进行测控，信号衰减程度非常大。无线电信号功率按传播距离的平方衰减，遥远的距离带来巨大的信号路径损耗，这意味着同样强度的发射信号，传播距离越远接收方得到的信号越微弱，可传输的有效信息将急剧下降，或者为保证一定的信息量传输将花费更大的代价。

为了弥补深空测控通信巨大的信号空间衰减，通常采用增大天线口径、增加射频（RF）发射功率、降低接收系统噪声温度（简称噪温）、接收机采用极窄带锁相环提高载波频率、利用高效信道编译码技术、降低传输码速率和通过数据压缩降低信息传输数据量等措施。

信号空间传输时延长

近地卫星测控中，电波的空间传播时延为毫秒（ms）级，在深空测控中，这个时间延长到数分钟甚至数小时（到火星11min，1亿 km；海王星8h，43.5亿 km）。

常规测控模式已不再适应深空任务大时延的特点，比如要完成1亿 km的距离测量，常规测距模式下距离捕获的时间将达到1.5h，而对海王星探测器测距时，上行测距音经探测器转发返回地面后，地面站可能由于地球自转而无法看到目标。

针对以上特点，地面深空站需研究适应深空任务特点的深空测距流程，包括三向测距。

高精度导航困难

与近地航天器导航相比，深空探测器距离地球遥远，无法使用像全球定位系统（GPS）这样的卫星导航系统；同时，由于地面接收到的深空探测器信号非常微弱，还将导致无线电测距、测速精度恶化；此外，由于深空探测器相对于单个地面站的测量几何关系变化非常微小，也不利于实现高精度的轨道测量。

目前深空测控设备的测距、测速、测角的精度要求仍然很高，比如在信噪比（SNR）为20dBHz的条件下，S频段测速随机误差1mm/s、X频段测速随机误差0.1mm/s，测距随机误差1m。针对这样的要求，需要采用大口径天线、制冷超导滤波器和低噪声场放来提高系统的接收品质因数（G/T），其次，需要在接收基带采用超窄带的载波锁相环和副载波锁相环以保证测量精度。

为了实现深空探测器的高精度导航，已经开发了双差分单向测距（ΔDOR）和再生伪码测距技术。ΔDOR是一种干涉技术，它通过一条长基线两端的2个地面站接收航天器差分单向测距（DOR）音的相干来提供精确的探测器角位置，可实现5nrad的导航精度。再生伪码测距是通过深空探测器解调上行链路（U/L）测距信号，然后再生转发到地面，消除了上行链路噪声的影响，从而提高测距精度。

为保证在这种长延迟条件下精确的双向或三向测速和测距，深空站必须配备长期稳定度（2×10^-15/h）和准确度很高的原子频标（如铯钟、氢脉泽（MASER））。图1-1给出了美国国家航空航天局（NASA）深空网原子频标发展路线图。