CN111654332B - 一种深空撞击器撞后深埋等效通信试验*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种深空撞击器撞后深埋等效通信试验***，该试验***由深空环境模拟舱、微波暗室、撞击器、靶标、信号接收测试设备等组成。微波暗室设置在深空环境模拟舱内，靶标内置于微波暗室内，撞击器填埋在靶标中，通过信号接收测试设备接收撞击器内通信模块通过信号发射天线发出的信号，模拟深空撞击器撞后深埋等效通信试验，测试深空撞击器撞后的通信性能。通过在微波暗室内设置不同材质的靶标，考虑不同的撞坑深度和形态等条件，模拟测试不同工况下撞击器内通信模块信号质量。深空撞击器撞后深埋等效通信试验方法简单可靠，易于实施，可以满足深空撞击器撞后深埋等效通信试验需求，为未来深空撞击器撞后深埋通信技术发展奠定基础。
Description
技术领域
本发明属于地球卫星或其他深空探测飞行器技术领域，尤其涉及一种深空撞击器撞后深埋等效通信试验***。
背景技术
深空探测任务是一项复杂的***性工程，撞击穿透探测是实现对深空中地外天体内部探测的高效手段之一，具有结构简单、集成度高、配置灵活等特点，消耗较少资源即可侵彻到天体内部，开展原位探测、采样返回等多种形式的科学任务，在深空探测等领域具有广阔的应用前景。
深空撞击器在撞入目标天体内部后，可在内部继续开展科学试验并将试验数据通过撞击器发送到环绕目标天体的探测器上，探测器收集数据后再发回到地面，供地面开展科学试验数据分析。深空撞击器撞后深埋的通信能力，是保障撞击器撞后生存能力的关键技术之一，为此有必要在地面模拟环境中，实现对深空撞击器撞后深埋等效通信试验。
当前针对深空撞击器撞后深埋的等效通信试验，尚未有较好的方法用于对比在不同星体表面、不同撞后状态下，撞击器内部的通信模块发出信号的质量。缺乏撞击器撞后深埋通信对比数据，对未来深空撞击器撞后深埋通信技术发展带来不便，将不利于深空撞击器开展撞击穿透探测任务。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种深空撞击器撞后深埋等效通信试验***，有效模拟深空撞击器撞后深埋的通信状态，测试深埋后撞击器的通信性能。
本发明目的通过以下技术方案予以实现：一种深空撞击器撞后深埋等效通信试验***，包括：环境模拟舱、微波暗室、撞击器、撞击器通信模块、撞击器通信天线、靶标、撞坑、信号接收天线、信号衰减器和频谱分析仪；其中，所述微波暗室布置在所述环境模拟舱内；所述撞击器、靶标、信号接收天线布置在所述微波暗室内，所述靶标置于微波暗室的底层，所述撞击器填埋在靶标内部，所述信号接收天线置于微波暗室的顶层，处于所述撞击器的上方；所述撞击器通信模块和所述撞击器通信天线通过高频电缆连接，并一起布置在所述撞击器内部，与所述撞击器是一个整体；所述信号接收天线、信号衰减器和频谱分析仪用过高频电缆连接，所述信号衰减器和频谱分析仪置于所述环境模拟舱外面。
上述深空撞击器撞后深埋等效通信试验***中，所述环境模拟舱通过舱内的温湿度控制，模拟深空的干燥冷环境；所述微波暗室通过内壁设置的吸波墙，隔离外部的电磁环境辐射干扰；所述撞击器采用工程样机，内置有撞击器通信模块和撞击器通信天线，所述撞击器深埋在所述靶标中，模拟撞击器撞入深空星体表面后所处的状态；所述撞击器通信模块和撞击器通信天线对外发送信号，所述信号接收天线置于所述撞击器的上方，接收撞击器通信模块发出的信号，并通过高频电缆传送到信号衰减器中，信号经过衰减后得到衰减后的信号，衰减后的信号通过高频电缆接入所述频谱分析仪中，所述频谱分析仪测量得到衰减后的信号的强度。
上述深空撞击器撞后深埋等效通信试验***中，衰减后的信号的强度的公式如下：
PR＝PT-Ltc+GT-LS+GR-SF-Lrc
其中，PR是频谱分析仪接收到的信号强度，PT是撞击器通信模块发出的信号强度，Ltc是信号经过连接在撞击器通信模块和通信天线之间的高频电缆产生的损耗，GT通信天线的增益；LS是信号从撞击器通信天线到信号接收天线之间的路径损耗；GR是信号接收天线的增益；SF是信号经过衰减器的损耗；Lrc是信号经过从接收天线到信号衰减器、信号衰减器到频谱分析仪之间的高频电缆产生的损耗。
上述深空撞击器撞后深埋等效通信试验***中，在靶标的材质、不同撞坑深度和形态下撞击器内部的撞击器通信模块的信号强度曲线公式为：
PT＝a+b·l2+c·α2
其中，PT是撞击器通信模块发出的信号强度；a是靶标的材质对频谱分析仪测得结果的影响系数；b·l2是在不同撞坑深度对频谱分析仪测得结果的影响，其中b是撞坑深度影响系数，l是撞坑的深度；c·α2是撞坑形态对频谱分析仪测得结果的影响，其中c是撞坑形态影响系数，α是撞坑的以撞击器质心为原点，接收天线到撞击器质心连线与撞击器质心到撞坑空间中心连线的夹角大小。
本发明与现有技术相比具有如下有益效果：
(1)本发明通过在微波暗室环境中测试撞击器深埋在靶标中的通信性能，可有效模拟深空撞击器撞后深埋的通信状态，测试深埋后撞击器的通信性能。
(2)本发明通过在微波暗室内设置不同材质的靶标，模拟不同的撞坑深度和形态等条件，可以测试撞击器在不同星体表面撞后深埋等效通信性能。
(3)本发明深空撞击器撞后深埋等效通信试验方法简单可靠，易于实施，可以满足深空撞击器撞后深埋等效通信试验需求，为未来深空撞击器撞后深埋通信技术发展奠定基础。
附图说明
通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：
图1是本发明实施例提供的深空撞击器撞后深埋等效通信试验***的原理示意图；
图2是本发明实施例提供的在另一种材质下的深空撞击器撞后深埋等效通信试验方法原理示意图。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
图1是本发明实施例提供的深空撞击器撞后深埋等效通信试验***的原理示意图。如图1所示，该深空撞击器撞后深埋等效通信试验***包括：环境模拟舱1、微波暗室2、撞击器3、撞击器通信模块4、撞击器通信天线5、靶标6、撞坑7、信号接收天线8、信号衰减器9和频谱分析仪10；其中，
所述微波暗室2布置在所述环境模拟舱1内；所述撞击器3、靶标6、信号接收天线8布置在所述微波暗室2内，所述靶标6置于微波暗室2的底层，所述撞击器3填埋在靶标6内部，所述信号接收天线8置于微波暗室2的顶层，处于所述撞击器3的上方；所述撞击器通信模块4和所述撞击器通信天线5通过高频电缆连接，并一起布置在所述撞击器3内部，与所述撞击器是一个整体；所述信号接收天线8、信号衰减器9和频谱分析仪10用过高频电缆连接，所述信号衰减器9和频谱分析仪10置于所述环境模拟舱外面。
所述环境模拟舱1通过舱内的温湿度控制，模拟深空的干燥冷环境；所述微波暗室2通过内壁设置的吸波墙，隔离外部的电磁环境辐射干扰；所述撞击器3采用工程样机，内置有撞击器通信模块4和撞击器通信天线5，所述撞击器3深埋在所述靶标6中，模拟撞击器3撞入深空星体表面后所处的状态；所述撞击器通信模块4和撞击器通信天线5对外发送信号，所述信号接收天线8 置于所述撞击器3的上方，接收撞击器通信模块4发出的信号，并通过高频电缆传送到信号衰减器9中，信号经过衰减后得到衰减后的信号，衰减后的信号通过高频电缆接入所述频谱分析仪10中，所述频谱分析仪10测量得到衰减后的信号的强度。
衰减后的信号的强度的公式如下：
PR(dBm)＝PT(dBm)-Ltc(dB)+GT(dB)-LS(dB)+GR(dB)-SF(dB)-Lrc(dB)
其中，PR(dBm)是频谱分析仪接收到的信号强度，PT(dBm)是撞击器通信模块发出的信号强度，Ltc(dB)是信号经过连接在撞击器通信模块和通信天线之间的高频电缆产生的损耗，GT(dB)通信天线的增益；LS(dB)是信号从撞击器通信天线到信号接收天线之间的路径损耗；GR(dB)是信号接收天线的增益；SF(dB)是信号经过衰减器的损耗；Lrc(dB)是信号经过从接收天线到信号衰减器、信号衰减器到频谱分析仪之间的高频电缆产生的损耗。
通过布置不同材质的靶标、撞坑的深度和形态，会影响信号从撞击器通信天线到信号接收天线之间的路径损耗LS(dB)。在上述公式中，其他项都不会改变，通过控制变量法，改变靶标的材质、撞坑的深度和形态中的某一项参数，可以在频谱分析仪中对比测得撞击器通信模块发出信号的强度，通过开展多组对比试验，即可得模拟测试深空撞击器撞后深埋等效通信性能。
深空环境模拟舱1用于模拟星体表面的环境状态，为通信试验提供等效的温湿度环境条件。
微波暗室2内置在深空环境模拟舱内，所述微波暗室四周墙体及顶部是附有吸波材料的墙面，可隔离外部电磁场环境对通信试验的干扰，为深空撞击器撞后深埋等效通信试验提供良好的电磁场环境。
撞击器3是试验测试目标，所述撞击器内置有通信模块4和信号发射天线5，撞击器通信模块负责产生遥测信号，所述遥测信号通过信号发射天线向外辐射，模拟撞击器撞后的通信状态。
靶标6由不同类型的土壤组成，模拟撞击器撞入不同星体表面后撞击器周边的土壤环境。本实施案例中不同材质的靶标如图1中的6-靶标代表松软的沙土类型靶标，图2中的靶标6代表坚硬的石块类型靶标。
撞坑7是在不同初始高度、初始速度条件下，由撞击器落入靶标内形成的不同撞坑，模拟撞击器在不同条件下撞入靶标后形成的不同深度、不同形状的撞坑。
所述信号接收测量设备是由信号接收天线8、信号衰减器9、频谱分析仪10 组成，信号接收天线、信号衰减器和频谱分析仪之间通过高频电缆连接。所述信号接收天线负责接收撞击器信号发射天线发出的遥测信号；所述信号衰减器对信号接收天线接收到的遥测信号进行衰减，输出给频谱分析仪；所述频谱分析仪对接收到的遥测信号的强度、波形等特征进行分析，测试撞击器撞后深埋等效通信性能。
所述等效通信试验方法测试步骤如下：
步骤一：通过在微波暗室内设置如图1所示松软的沙土类型材质的靶标，模拟不同的撞坑深度和撞坑形态，在所述的深空撞击器撞后深埋等效通信试验环境下测试在同种材质的靶标中撞击器内通信模块发出的信号质量。
步骤二：通过在微波暗室内设置如图2所示坚硬的石块类型靶标，模拟步骤一中相同的撞坑深度和撞坑形态，在所述的深空撞击器撞后深埋等效通信试验环境下测试在不同种材质的靶标中撞击器内通信模块发出的信号质量。
在靶标的材质、不同撞坑深度和形态下撞击器内部的撞击器通信模块的信号强度曲线公式为：
PT＝a+b·l2+c·α2
其中，PT是撞击器通信模块发出的信号强度；a是靶标的材质对频谱分析仪测得结果的影响系数；b·l2是在不同撞坑深度对频谱分析仪测得结果的影响，其中b是撞坑深度影响系数，l是撞坑的深度；c·α2是撞坑形态对频谱分析仪测得结果的影响，其中c是撞坑形态影响系数，α是撞坑的以撞击器质心为原点，接收天线到撞击器质心连线与撞击器质心到撞坑空间中心连线的夹角大小。
进一步的，在深空撞击器撞后深埋等效通信试验***中，通过测试在不同靶标材质，不同的撞坑深度和形态下撞击器内通信模块信号的强度，得到多组试验数据。将多组数据用下面的公式进行拟合，可以得到在不同靶标材质、不同撞坑深度和形态下撞击器内部通信模块信号强度曲线。
PTi＝ai+bi·li 2+ci·αi 2
其中：PTi是在第i次试验中撞击器通信模块发出的信号强度；ai是在第i次试验中不同材质靶标对频谱分析仪测得结果的影响系数；bi·li 2是在第i次试验中不同撞坑深度对频谱分析仪测得结果的影响，其中bi是撞坑深度影响系数，li是撞坑的深度；ci·αi 2是在第i次试验中撞坑形态对频谱分析仪测得结果的影响，其中ci是撞坑形态影响系数，αi是撞坑的以撞击器质心为原点，接收天线到撞击器质心连线与撞击器质心到撞坑空间中心连线的夹角大小。
本试验***通过多组试验数据拟合得到信号强度曲线后，可以通过对比分析材质影响系数ai、撞坑深度影响系数bi和撞坑形态影响系数ci的权重大小，分析靶标材质、撞坑深度和撞坑形态对通信能力的影响情况。
本实施例提供了一种深空撞击器撞后深埋等效通信试验方法，试验***由深空环境模拟舱、微波暗室、撞击器、靶标、信号接收测试设备等组成。微波暗室设置在深空环境模拟舱内，靶标内置于微波暗室内，撞击器填埋在靶标中，通过信号接收测试设备接收撞击器内通信模块通过信号发射天线发出的信号，模拟深空撞击器撞后深埋等效通信试验，测试深空撞击器撞后的通信性能。通过在微波暗室内设置不同材质的靶标，考虑不同的撞坑深度和形态等条件，模拟测试不同工况下撞击器内通信模块信号质量。深空撞击器撞后深埋等效通信试验方法简单可靠，易于实施，可以满足深空撞击器撞后深埋等效通信试验需求，为未来深空撞击器撞后深埋通信技术发展奠定基础。
本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
Claims (4)
1.一种深空撞击器撞后深埋等效通信试验***，其特征在于包括：环境模拟舱(1)、微波暗室(2)、撞击器(3)、撞击器通信模块(4)、撞击器通信天线(5)、靶标(6)、撞坑(7)、信号接收天线(8)、信号衰减器(9)和频谱分析仪(10)；其中，
所述微波暗室(2)布置在所述环境模拟舱(1)内；所述撞击器(3)、靶标(6)、信号接收天线(8)布置在所述微波暗室(2)内，所述靶标(6)置于微波暗室(2)的底层，所述撞击器(3)填埋在靶标(6)内部，所述信号接收天线(8)置于微波暗室(2)的顶层，处于所述撞击器(3)的上方；所述撞击器通信模块(4)和所述撞击器通信天线(5)通过高频电缆连接，并一起布置在所述撞击器(3)内部，与所述撞击器是一个整体；所述信号接收天线(8)、信号衰减器(9)和频谱分析仪(10)通过高频电缆依次连接，所述信号衰减器(9)和频谱分析仪(10)置于所述环境模拟舱外面。
2.根据权利要求1所述的深空撞击器撞后深埋等效通信试验***，其特征在于：所述环境模拟舱(1)通过舱内的温湿度控制，模拟深空的干燥冷环境；所述微波暗室(2)通过内壁设置的吸波墙，隔离外部的电磁环境辐射干扰；所述撞击器(3)采用工程样机，内置有撞击器通信模块(4)和撞击器通信天线(5)，所述撞击器(3)深埋在所述靶标(6)中，模拟撞击器(3)撞入深空星体表面后所处的状态；所述撞击器通信模块(4)和撞击器通信天线(5)对外发送信号，所述信号接收天线(8)置于所述撞击器(3)的上方，接收撞击器通信模块(4)发出的信号，并通过高频电缆传送到信号衰减器(9)中，信号经过衰减后得到衰减后的信号，衰减后的信号通过高频电缆接入所述频谱分析仪(10)中，所述频谱分析仪(10)测量得到衰减后的信号的强度。
3.根据权利要求2所述的深空撞击器撞后深埋等效通信试验***，其特征在于：衰减后的信号的强度的公式如下：
PR＝PT-Ltc+GT-LS+GR-SF-Lrc
其中，PR是频谱分析仪接收到的信号强度，PT是撞击器通信模块发出的信号强度，Ltc是信号经过连接在撞击器通信模块和通信天线之间的高频电缆产生的损耗，GT是通信天线的增益；LS是信号从撞击器通信天线到信号接收天线之间的路径损耗；GR是信号接收天线的增益；SF是信号经过衰减器的损耗；Lrc是信号经过从接收天线到信号衰减器、信号衰减器到频谱分析仪之间的高频电缆产生的损耗。
4.根据权利要求3所述的深空撞击器撞后深埋等效通信试验***，其特征在于：在靶标的材质、不同撞坑深度和形态下撞击器内部的撞击器通信模块的信号强度曲线公式为：
PT＝a+b·l2+c·α2
其中，PT是撞击器通信模块发出的信号强度；a是靶标的材质对频谱分析仪测得结果的影响系数；b·l2是在不同撞坑深度对频谱分析仪测得结果的影响，其中b是撞坑深度影响系数，l是撞坑的深度；c·α2是撞坑形态对频谱分析仪测得结果的影响，其中c是撞坑形态影响系数，α是撞坑的以撞击器质心为原点，接收天线到撞击器质心连线与撞击器质心到撞坑空间中心连线的夹角大小。
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| CN111654332A (zh) | 2020-09-11 |
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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