本發(fā)明涉及深空探測，特別涉及一種月球通導(dǎo)遙衛(wèi)星編隊系統(tǒng)及協(xié)同工作方法。

背景技術(shù)：

1、近年來，月球探測領(lǐng)域取得蓬勃發(fā)展，各航天大國均提出了月球探測的任務(wù)規(guī)劃并正逐步實施。月球探測器的通信、導(dǎo)航保障是月球探測活動正常開展的重要前提之一，無人月球探測、載人登月等活動還需要詳細的月球遙感數(shù)據(jù)支持。

2、當前的月球探測活動中，探測器的通信服務(wù)基本由地面測控站提供，在月球背面、極地等地面測控站難以覆蓋的區(qū)域，則由月球軌道中繼通信衛(wèi)星提供中繼通信支持；探測器的導(dǎo)航服務(wù)基本由地面測控站對探測器測定軌后向探測器上注軌道及授時的方式提供；遙感數(shù)據(jù)主要通過在月球探測器上搭載遙感載荷實現(xiàn)并將數(shù)據(jù)下傳至地面測控站。

3、可以看出，目前的月球通信、導(dǎo)航及遙感服務(wù)較多依賴地面測控站或?qū)Ｓ眯l(wèi)星，服務(wù)覆蓋范圍和服務(wù)用戶數(shù)量有限。隨著月球探測器數(shù)量的增加，以及對月球背面、極地等地區(qū)的月球深入開發(fā)，僅僅依靠地面測控站已經(jīng)無法滿足未來月球探測的通信、導(dǎo)航保障需求，因此亟需發(fā)展一種月球通信、導(dǎo)航、遙感系統(tǒng)，為月球探測活動提供全時、全域的服務(wù)支持。相比于單顆或少量的功能單一的衛(wèi)星，在環(huán)月軌道將若干顆衛(wèi)星組成一定的編隊構(gòu)型，編隊中的每顆衛(wèi)星相互協(xié)同工作、相互聯(lián)系，實現(xiàn)對月球重點區(qū)域的信號覆蓋，共同實現(xiàn)通信、導(dǎo)航、遙感等任務(wù)，是一種費用低、性能好、可靠性高、適應(yīng)性強的技術(shù)路線。

4、現(xiàn)有技術(shù)中的月球通信、導(dǎo)航及遙感服務(wù)存在很多問題，比如中國專利申請cn202410296750.1提出了一種月球極低軌道雙星探測方法，由兩顆衛(wèi)星組成，兩顆衛(wèi)星均位于同一條環(huán)月圓形軌道，搭載特定環(huán)境要素探測載荷，獲取近月空間物理場特征、描繪近月空間物質(zhì)進出場景，但其不涉及到通信、導(dǎo)航功能。中國專利申請cn115955266a提出了一種通導(dǎo)遙一體化衛(wèi)星、星座及其功能聯(lián)動的方法，多個通導(dǎo)遙一體化衛(wèi)星之間通過星間傳輸設(shè)備進行信息傳輸并組成星座，星座與地面段形成天地一體網(wǎng)絡(luò)。但衛(wèi)星布置于地球軌道，不能為月球用戶提供中繼通信、導(dǎo)航及遙感服務(wù)。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供月球通導(dǎo)遙衛(wèi)星編隊系統(tǒng)及協(xié)同工作方法，通過月球軌道的設(shè)置、通信導(dǎo)航遙感功能的配置、系統(tǒng)內(nèi)衛(wèi)星的協(xié)同，在地球?qū)Ш较到y(tǒng)信號無法覆蓋和地面測控系統(tǒng)信號有限覆蓋的月球空間，為月球用戶提供全面的通導(dǎo)遙服務(wù)。

2、為達到上述目的，本發(fā)明采用如下的技術(shù)方案：

3、一種月球通導(dǎo)遙衛(wèi)星編隊系統(tǒng)，部署于月球軌道，通過系統(tǒng)內(nèi)衛(wèi)星之間協(xié)同工作、衛(wèi)星編隊系統(tǒng)與地面ka測控站配合，共同為月球用戶提供通信、導(dǎo)航與遙感服務(wù)；

4、月球通導(dǎo)遙衛(wèi)星編隊系統(tǒng)包括主星和從星，主星包含星地高速測控單元、星間鏈路單元、通信載荷、導(dǎo)航載荷、超穩(wěn)時頻單元和綜合電子單元；從星包含測控單元、星間鏈路單元、通信載荷、導(dǎo)航載荷、遙感載荷、綜合電子單元；

5、星地高速測控單元與地面ka測控站建立ka頻段的雙向星地高速鏈路，用于地面ka測控站與主星進行雙向高速通信和對主星進行測定軌；

6、星間鏈路單元用于在月球通導(dǎo)遙衛(wèi)星之間建立星間鏈路，進行星間通信、測距和時間同步；

7、通信載荷與月球用戶建立雙向通信的星月鏈路；

8、導(dǎo)航載荷可向月球用戶發(fā)送導(dǎo)航信號，提供導(dǎo)航、定位與授時服務(wù)；

9、超穩(wěn)時頻單元采用星載原子鐘為主星提供高穩(wěn)定的時間頻率基準信號；

10、綜合電子單元是月球通導(dǎo)遙衛(wèi)星的業(yè)務(wù)管理和數(shù)據(jù)存儲與處理單元；

11、測控單元用于地面測控站對從星進行測控；

12、遙感載荷具備對月遙感成像功能。

13、進一步地，所述星地高速測控單元包括高速通信機、ka低增益天線和ka高增益天線，常規(guī)測控時選擇ka低增益天線，需要高速上下行時選擇ka高增益天線，信號調(diào)制方式為可實現(xiàn)高速通信與測距一體化的gmsk+pn體制，gmsk信號用于傳輸高速數(shù)據(jù)，pn信號用于再生偽碼測距。

14、進一步地，所述星間鏈路單元包括ka相控陣天線和星間測量通信機，ka相控陣天線通過波束靈活掃描快速建立星間雙向鏈路，星間測量通信機進行星間通信、星間測距和時間同步，信號調(diào)制方式為gmsk+pn，gmsk信號用于星間高速數(shù)據(jù)傳輸，pn信號用于通過雙向單程偽距測量法進行星間測距和時間同步。

15、進一步地，所述通信載荷覆蓋x頻段、ka頻段中的至少一種，采用多波束天線實現(xiàn)同時與多個月球用戶通信。

16、進一步地，所述導(dǎo)航載荷包括導(dǎo)航發(fā)射天線和導(dǎo)航發(fā)射機，導(dǎo)航信號包含導(dǎo)航電文、偽隨機碼與載波信號。

17、進一步地，所述超穩(wěn)時頻單元接收到地面授時信號后，輸出穩(wěn)定的時鐘信號給綜合電子單元，綜合電子單元輸出到星上的其它設(shè)備與載荷，保證星上時間基準的統(tǒng)一。

18、進一步地，所述超穩(wěn)時頻單元為星上的其它設(shè)備和載荷提供高穩(wěn)定度與準確度的頻率基準信號。

19、進一步地，所述綜合電子單元對衛(wèi)星的任務(wù)執(zhí)行進行調(diào)度，將星上數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為用戶服務(wù)所需的數(shù)據(jù)。

20、進一步地，所述測控單元包括測控應(yīng)答機和測控天線，接收地面測控站的遙控信號，將星上遙測數(shù)據(jù)發(fā)送至地面測控站；

21、進一步地，所述遙感載荷包括光學(xué)遙感載荷和雷達遙感載荷中的至少一種，實施對月球的詳細勘察。

22、本發(fā)明還提供月球通導(dǎo)遙衛(wèi)星編隊系統(tǒng)的協(xié)同工作方法，包括：

23、1）系統(tǒng)通過地面測定軌與授時聯(lián)合星間鏈路的測距和時間同步，進行星-星-地多源精密定軌，實現(xiàn)系統(tǒng)內(nèi)的時間、空間基準信息傳遞，提高系統(tǒng)自身的時間、空間基準精度和自主運行能力；

24、2）月球通導(dǎo)遙衛(wèi)星通過星月鏈路，為波束覆蓋范圍內(nèi)的多個月球用戶提供通信服務(wù)；

25、3）多個月球通導(dǎo)遙衛(wèi)星通過星月鏈路和星間鏈路，在距離較遠的兩個月球用戶之間建立通信鏈路，提供通信服務(wù)；

26、4）月球通導(dǎo)遙衛(wèi)星通過星月鏈路和星地高速鏈路，為月球用戶提供高速中繼通信服務(wù)；

27、5）多個月球通導(dǎo)遙衛(wèi)星通過星月鏈路、星間鏈路和星地高速鏈路，為月球用戶提供不間斷的高速中繼通信服務(wù)；

28、6）四顆及以上月球通導(dǎo)遙衛(wèi)星向月球用戶發(fā)送導(dǎo)航信號，月球用戶接收導(dǎo)航信號后基于多球交會原理，實現(xiàn)自身位置的定位、導(dǎo)航，具備超穩(wěn)時頻單元的月球通導(dǎo)遙衛(wèi)星還可以向用戶提供授時服務(wù)；

29、7）月球通導(dǎo)遙衛(wèi)星通過遙感載荷獲得月球勘察數(shù)據(jù)后，通過星月鏈路、星間鏈路，為月球用戶提供遙感數(shù)據(jù)，或通過星間鏈路、星地高速鏈路將遙感數(shù)據(jù)發(fā)送至地面。

30、有益效果：

31、本發(fā)明通過月球軌道的設(shè)置、通信導(dǎo)航遙感功能的配置、系統(tǒng)內(nèi)衛(wèi)星的協(xié)同，在地球?qū)Ш较到y(tǒng)信號無法覆蓋和地面測控系統(tǒng)信號有限覆蓋的月球空間，為月球用戶提供全面的通導(dǎo)遙服務(wù)，包括：

32、（1）編隊內(nèi)所有衛(wèi)星具備建立星間鏈路的功能，編隊內(nèi)的信息快速傳遞提高了響應(yīng)速度，地面站可以對編隊內(nèi)衛(wèi)星快速測控；

33、（2）通過多星的星月、星地與星間通信功能協(xié)同，實現(xiàn)了月球用戶之間、月球用戶與地面之間的快速通信；

34、（3）衛(wèi)星配置超穩(wěn)時頻單元，通過多星的星間測量功能與導(dǎo)航功能協(xié)同，實現(xiàn)了系統(tǒng)內(nèi)時間、空間基準的傳遞，為月球用戶提供更好的導(dǎo)航定位授時服務(wù)；

35、（4）通過多星的遙感功能與通信功能協(xié)同，為月球用戶提供快速的遙感服務(wù)。