作者
蒋罗婷(中国西南电子技术研究所）
来源
《电讯技术》年11月刊
近年来，小卫星的数量正迅猛增长。面对众多庞大的小卫星星座，小卫星系统应建立起专用的测控通信网。目前，国外的小卫星测控通信网具有自主性和简易性的特点，发展较为成熟。本文介绍了国外小卫星使用的几种典型测控通信网，包括美国航空航天局(NASA)的空间通信与导航网(SCaN)、美国行星实验室的“鸽子”卫星测控网以及欧空局的卫星操作全球教育网(GENSO)，提炼了关键技术，总结了小卫星测控通信网的未来发展趋势，以期为中国小卫星测控通信网的建设提供参考。
引言目前，美国是小卫星发展最为成熟的国家，也是拥有小卫星数量最多的国家。美国航空航天局(NationalAeronauticsandSpaceAdministration，NASA)的科学任务理事会(ScienceMissionDirectorate，SMD)计划利用小卫星技术进行重点科学、技术和教育的研究。与此同时，NASA也提出了适用于小卫星的空间通信与导航(SpaceCommunicationsandvigation，SCaN)网计划。SCaN网包括NASA的近地网(NearEarthNetwork，NEN)、天基网(SpaceNetwork，SN)以及深空网(DeepSpaceNetwork，DSN)，是一个统一的综合测控网。
如果该项计划成为了现实，那么NASA未来的小卫星任务计划将会进一步增长。另外，美国的很多商业航天公司已经发射了自己的小卫星星座并且建立了其测控通信网，如行星实验室(PlanetLab)、Spaceflight公司等，其中，行星实验室年一次性发射了88颗卫星入轨。那么，其地面系统具有什么特点、如何分布等，都是我们关心的重点。
当然，考虑到成本和周期问题，各国最好能使用已有的测控通信网设备。因此，一些商业公司会采取自建地面站和租用地面站相结合的方式实现小卫星星座运行管理。在欧洲，建立了一个院校间的小卫星地面测控通信网，即“卫星操作全球教育网”(GlobalEducationalNetworkforSatelliteOperations，GENSO)，目前使用GENSO的机构包括欧空局(EuropeanSpaceAgency，ESA)、加拿大空间局(CanadianSpaceAgency，CSA)、日本航空航天探索机构(JapanAerospaceExplorationAgency，JAXA)以及美国航空航天局(NASA)，该项目由ESA教育计划部门管理。GENSO网络能容纳上千个地面站，卫星操作者能在世界各地控制其卫星。
在我国，随着小卫星的研制不断取得进展，测控通信站的建设也在大胆寻求创新。由于小卫星数量繁多，一站一星式测控通信已经无法满足需求，而一站多星技术又面临技术挑战。而与此同时，美国和欧洲在小卫星研究方面走在世界前列，在多星测控方面也采用了新的方式和技术。通过学习他国的先进方案和技术，我国的小卫星测控通信难题将逐步得到解决。本文以美国航天机构会议论文为材料，总结了国外典型的几种小卫星测控通信网，讨论了其中涉及的关键技术，分析了未来发展趋势，以供同行参考。
国外典型的小卫星测控通信网目前，随着越来越多的小卫星进入太空，大部分小卫星呈星座分布，而地面测控通信系统是保障卫星正常运行的重要组成部分。为了对成百上千颗小卫星进行测控通信，地面测控通信系统也面临着数量不足、设备不足的问题。因此，除了建立新站以外，必须对已有测控通信设备进行最大化利用并且探索新技术。另外，由于过境小卫星承担不同的任务，因此同一地面站必须具有多星测控和数据采集的能力，当多星同时过境时，地面站能实现多星同时测控。
NASA近地网和天基网壹作为小卫星当中最有发展前景的卫星，立方体卫星依然面临测控通信网的限制。迄今为止，NASASCaN的各个测控网都无法直接支持立方体卫星任务，目前有少量立方体卫星任务计划使用SCaN服务，但是它们至今数量有限。NEN或者SN支持的大多数未来立方体卫星任务是位于～km、倾角53°的低轨(LowEarthOrbit，LEO)任务，立方体卫星部署的关键发射点是国际空间站。
NASA近地网包括遍布世界各地的地面站，包括挪威斯瓦尔巴特(Svalbard)、阿拉斯加费尔班克斯(Fairbanks)、智利圣地亚哥(Santiago)、南极麦克默多(McMurdo)以及弗吉尼亚岛的瓦勒普斯(Wallops)。NASA跟踪与数据中继卫星系统(TrackingandDataRelaySatelliteSystem，TDRSS)为LEO卫星提供持续的全球通信和中继服务，当前的TDRS星座包括4颗第一代、3颗第二代以及2颗第三代卫星，由3个地面站支持，其中两个位于新墨西哥的白沙(WhiteSands)，一个位于太平洋关岛(Guam)。这9颗中继卫星以及3个地面站组成了NASA的天基网。
NASA立方体卫星任务计划在接下来10年迅速增长，而更高速率的立方体卫星将在中短期从业余无线电频段过渡到S和X频段，再长期过渡到Ka频段。为了使立方体卫星能利用NASASN和NEN进行通信，NASA戈达德空间飞行中心(GoddardSpaceFlightCenter，GSFC)提出了一个基于高水平通信架构的未来星地立方体卫星通信计划，将使立方体卫星通信硬件实现标准化，进而满足GSFC任务需要，最终使立方体卫星和NEN及SN之间实现互操作，并提高数据传输速率。
1、NASA未来立方体卫星/小卫星通信架构及配置
如图1所示，立方星星座通信概念包括立方星群、子星/母星星座、NENS和X频段直接对地链路、TDRSS多址阵列和单址模式。立方星星座将包含成百上千颗立方星，每一颗立方星都非常相似。其中，一颗立方星是母星，剩下的就是子星，而大多数立方星都有完成母星任务的能力。图1描述了NASA未来立方星/小卫星通信配置，包括立方星到NEN的直接对地通信，立方星到TDRSS多址(MultipleAccess，MA)通信，立方星星座通过母星实现NEN直接对地通信，以及立方星星座通过母星实现TDRSSMA阵列或者K频段单址(SingleAccess)(KSA)/S频段单址(SSA)通信。
图1SN和NEN支持立方星和立方星星座
母星将是一个存储转发中继星，能在子星之间进行接收和转发，并且能通过NENX频段直接对地链路或者通过TDRSSKa频段单址(KaSA)服务下行向地面站传输科学数据。贴片天线可以用于母星与子星之间的星间通信，利用子星的精确姿态指向系统以提供其所需的全向覆盖。母星与NEN地面站之间可采用具有一定增益的对地覆盖天线进行高数据率下行链路通信。由于立方体卫星发射功率受限，因而立方星与TDRSKaSA模式通信需要母星上有一个可控天线或者可充气/相控阵天线，进而实现高速数据下行传输。在特殊情况下，立方体卫星可以通过TDRSMA阵列模式或者NEN直接对地模式进行通信。
2、NEN和SN支持立方星通信实验
NASA已经做了很多实验，并且还有一些实验正在计划中，希望能改进NEN和SN以满足立方星的任务需求。如今，对于带有1～2W发射功率的立方体卫星来说，瓦勒普斯站18mUHF立方体卫星地面站已经能达到3Mbit/s数据率，这是公开可用的飞行硬件达到的最高数据率。然而，至今仍缺少公开可用的S频段(1～10Mbit/s)和X频段(数十Mbit/s)立方体卫星无线电，其阻碍了NEN和SN的广泛使用。一旦公用S频段和X频段无线电经过试验证明可用于立方体卫星，那么更多任务将可以使用NEN和SN。立方体卫星都希望具备传统卫星的高数据率，但是其又比传统卫星更受星上天线功率和体积的限制。
NEN当前在全球拥有11m孔径的天线，据立方体卫星星上天线和无线电的仿真显示，就算是11m天线也无法使LEO轨道X频段的数据速率达到最大。如果改进星上硬件以及地面系统，设备将能支持LEO轨道极高速率(数十Mbit/s)立方星任务，另外，立方星星上可展开的高增益天线可以通过NEN和SN实现高数据率传输。实验还显示，对于NEN立方体卫星和传统卫星任务来说，增加小孔径地面站还有一个优势，它们比大孔径地面站成本更低，还能释放大孔径地面站去支持需要它们的任务。另外，大孔径天线(如18m、21m)可通过租用商业服务增加到NEN中。
NASA深空网贰目前，大多数小卫星都运行在低地球轨道，通常采用经过验证的星上无线电、天线和院校级小孔径地面站进行测控通信。随着越来越多雄心勃勃却成本受限的空间任务概念的发展，立方体卫星和小卫星的应用领域从LEO轨道逐渐扩展到月球以远的深空，有潜力为探索深空和完成科学研究提供更经济的手段。阻碍行星际立方体卫星和小卫星发展壮大的瓶颈之一是深空航天器与地球距离遥远带来的星地通信与跟踪问题。美国NASA近几年非常重视这个问题，提出了应对这项挑战的下一代深空网(DSN)结构与方案。
深空网目前由设置在西班牙马德里(Madrid)、澳大利亚堪培拉(Canberra)、美国加州戈尔德斯敦(Goldstone)的3个深空通信综合站(DeepSpaceCommunicationComplex，DSCC)组成。每个站有各种天线，包括34m波束波导天线、34m高效天线、70m天线。另外，深空网还拥有支持射频兼容性测试的设施。
为了发展小卫星星上通信系统和DSN体系，NASA为当前和未来的实现方案考虑了下列工作:
（1）发展和利用企业的能力提供深空立方体卫星/小卫星无线电生产线。Iris是与DSN兼容的一款通信与导航应答机，可提供遥测、遥控、多普勒、测距、差分单向测距(DifferentialOneWayRanging，ΔDOR)业务。
（2）研发与立方体外形匹配的高增益天线，以有限的功耗实现深空通信。美国喷气推进实验室(JetPropulsionLaboratory，JPL)目前正在出资研究至少3种不同种类的天线，包括可展开反射面天线、可展开反射阵列天线、充气天线，目标是提升深空立方体卫星的等效全向辐射功率(EquivalentIsotropicRadiatedPower，EIRP)。
（3）简化过程，升级DSN的现有能力。这项工作包括改变DSN的资源分析过程，提高天线使用效率，以更好地适应小卫星任务，利用DSN服务和“先进多任务操作系统”(AdvancedMulti-MissionOperationsSystem，AMMOS)降低测试与装配成本。
（4）增强在一个天线波束内同时跟踪多颗卫星的能力。10年来采用的一项技术称为“一站多星”(MultipleSpacecraftperAntenna，MSPA)。这项技术可以使同一个天线波束内同时出现的卫星共享下行链路。
（5）与DSN以外的天线设施合作，支持行星际小卫星。未来行星际小卫星数量的增加可能会在某些情况下调用超出DSN提供能力的天线资源。DSN计划与院校和企业的地面天线设施运营商以及其他国家和国际机构合作，实现信号格式和数据交换接口的标准化，建立互支持协议，如此才能及时申请使用这些天线。航天器运营商也可以利用DSN的地面天线资源以及与DSN有合作关系的地面天线设施运营商的资源，在控制中心/科学中心与其行星际卫星之间任意及时传输数据和指令。
（6）新的网络运行概念将更好地利用行星际小卫星的过顶机会。由链路容量决定的网络规划与调度有助于在测控网的天线跟踪时间表中生成时间长度合理的未使用时间空隙。这些空隙对于提供按需访问机会是很理想的，这样一来，小卫星/立方体卫星任务就能利用传统深空任务(过顶时间较长)之间短暂的过顶时间。
美国“鸽子”卫星地面站网络叁截至年2月，美国行星实验室已成功通过12次火箭发射部署了颗“鸽子”卫星入轨，建造了世界上最大的商业对地成像卫星星座，其“鸽子”卫星随时都在地球上方进行“行扫描”拍摄。该星座生成了大量图像数据，且能将其快速方便地传送到地球。另外，行星实验室还会搜集常规管理遥测数据、更新软件以及重置星上的调度安排。
1、地面站网络简介
行星实验室地面站网络包括11个活动的全球地面站，图2显示其大多数地面站分布在美国，但是行星实验室在别国也有站点。目前，大多数立方体卫星使用业余无线电频率。
图2行星实验室的地面站网络
该网络中每个站都安装多副天线系统。为简化界面和方便操作，天线系统使用统一的设备。行星实验室发展了用于自动化监视和RF链路远程排故的相关工具以及预测模式工具，在卫星不断增加的情况下，该工具能辅助进行未来规划。
“鸽子”卫星每天过顶大约次，经过全球11个地面站部署的33个天线系统。每天下行传输的图像数据大约为GB，最大为GB。一旦这些卫星结束试运行开始正式工作，下传数据将会进一步增加。
“鸽子”卫星全球地面站网络有很多优点：首先，其降低了一次性故障的影响；其次，可以为多轨道平面服务；再次，减少了图像获取和下行传输的时间差；最后，它能更均匀地将卫星下行传输负荷分摊到全球地面站。
同时，多站点增加了网络的复杂性，最终产生了一个全球联网的地面站网络。地面站需要具有自主性和可靠性。计算机模型对过顶和任务都会进行调度安排，独立站点尽可能多地探测故障并且进行修正，不能自动解决的问题将被送到工程师那里进行处理。行星实验室依靠软件工具协助管理卫星网络。
2、测控和高速下行传输
“鸽子”卫星的测控(TrackingTelemetry＆Command，TT＆C)和定轨使用UHF频率。行星实验室UHF地面站使用简单、廉价的商业现货(CommercialOff-the-shelf，COTS)零件支持多覆盖需求，该地面站价格合理、维护简便。行星实验室使用标准的八木天线用于上行和下行链路，并使用日本八重洲(Yaesu)的电机进行定位。
地面站上唯一的非COTS产品是自定义的SpaceTalker收发器。该收发器基于德州仪器公司CC的无线MCU。MCU在一个晶片上既有一个UHF收发器还有一个微处理器单元。服务器与收发器通过USB通信，地面SpaceTalker无线电和空间硬件使用非常相似的结构和接口，这样能增加系统的可预测性和可靠性。
除此之外，还有另外一个升频到S频段的CC芯片，就是行星实验室为星座下载指令和新软件的高速上行链路无线电。行星实验室的高速数据下行链路工作在8.2GHz频段，编码方案是DVB-S2，其考虑了不同调制和前向纠错设置。DVB-S2标准包括一个GSE协议，该协议允许任何数字资料在DVB-S2框架下进行传输。在地面站这端，行星实验室有3种类型的天线分布在全球S/X频段站点，其所有的天线都设计成29dB/K，或者更优。图3显示了UHF系统和高速下行链路的流程图，请注意它们的相似性。
图3UHFTT＆C流程表和高速下行链路流程图
3、下行链路自动化
基本来说，行星实验室的卫星操作概念都很简单：当卫星处于地球上方，指向地面开始照相。当下行传输任务调度好，“鸽子”卫星开启X频段发射机并且在地面站位于卫星下方时跟踪地面站。如果卫星不需要进行以上任务，它们会自动进行电池充电。
因为“鸽子”卫星数量众多，因而行星实验室一开始就计划为卫星和地面站建立自动化系统。行星实验室操作团队包括5名“太空飞船船长”，负责给这些卫星安排任务、对异常情况进行处理并且为改进在轨操作而建立工具。该团队需要高度自动化系统来支持在轨星座。
该自动化概念也适用于地面站网络。地面站团队也包含5人，他们并没有足够的时间和能力在下行传输任务中手动控制每一个地面站。在每一次下行传输之前，地面站下载过顶安排、期间的卫星指令，并从任务控制下载轨道要素用于天线指向。过顶之后，图片将会上传到亚马逊网络服务(AmazonWebsiteService，AWS)——一个云计算平台，卫星和地面站的遥测和过顶记录将发送到任务控制。任务控制网站也寄主在AWS上，提供卫星和地面站的最新信息。
卫星操作全球教育网络(GENSO)肆GENSO是一个始于年10月的国际项目，主要目的是通过建立一个院校和业余地面站网络改进教育类卫星通信。
目前，立方体卫星发展迅猛，许多国外院校都发射了立方体卫星并且建立了地面站。但是，卫星只有在可视范围内才能进行通信，因此大多数院校的通信窗口每天只有30～45min，结果就导致立方体卫星任务下载的数据量受限。但是，如果全球的院校都共享自己的卫星地面站，那么就能增加数据下载量。GENSO项目致力于发展这样一个系统，将全球的院校地面站通过现役网络基础设施进行组网，最终形成一个全球地面站网络。
GENSO项目由国际空间教育委员会(InternationalSpaceEducationBoard，ISEB)发起，由ESA教育计划部门管理，其来源于两个早前的项目：斯坦福大学的“水星地面站”项目和东京大学的地面站网络计划。GENSO系统架构包括3个主要部分：任务控制客户机(MissionControlClient，MCC)、地面站服务器(GroundStationServer，GSS)以及认证服务器(AuthenticationServer，AS)。
AS在网络中对节点进行授权并且分发卫星和地面站目录；GSS位于地面站，用于控制连接的天线和无线电；MCC由卫星操作者使用，能安排过顶时间并且从地面站服务器搜集数据。MCC是一个应用程序，卫星操作者能利用MCC控制网络对卫星的处理，MCC能将卫星的模式和频率等告知GSS，每一颗卫星都有一个MCC。
MCC有一个虚拟RS-界面和一个套接字接口，项目中的卫星能直接接入硬件“终端节点控制器”(TerminalNodeController，TNC)使用GENSO网络，不需要进行软件改动。当MCC经过授权注册到了网络后，它会得到一个地面站服务器目录(GroundStationServerList，GSSL)，包括网络中的所有地面站的地点、频率、参数。同时，MCC还能将卫星的模式等数据输入AS，保持开普勒根数一直处于更新状态。
GSS安装在网络中的每一个地面站节点，首先，它是用于控制地面站硬件的一种方式，例如无线电和天线；其次，它可通过网络使用硬件功能，并且将卫星数据包压缩成XML消息格式。GSS在AS授权通过后，能让参与的GENSO地面站自动跟踪卫星并且与可兼容卫星建立下行链路。GSS还能用于为可兼容卫星加载遥控指令(得到允许后)。AS用于跟踪网络中GSS和MCC节点的当前状态，是网络的中心角色，能进行网络授权、加密、分发卫星目录、监控地面站和卫星操作者状态及“质量”并且汇编网络数据。
最初的计划是为GENSO建立3个认证服务器(AS)，分别位于欧洲、美国和日本。这就能提供冗余并且让GSS和MCC节点与AS进行通信，且达到网络延迟最小化。在对AS和授权进行了初始询问之后，GSS和MCC将通过对等网络方式(Peer-to-Peer，P2P)进行相互通信。因此，GENSO系统架构是属于P2P网络和中心网络的合成型架构，可量测并且安全。
如图4所示，GENSO系统可以被看作网络层和应用层之间的附加层。红色实线显示数据的线路，即数据下载和上载到卫星的线路；蓝色实线显示了GENSO控制数据路线。红色虚线则是一条虚拟链路，解释了卫星应用如同直接连接到远程地面站。
图4GENSO系统分层模型
GENSO架构大多使用商业现货产品、开源软件以及广泛使用的网络技术。GENSO软件用JAVA语言写成，有些用C#和C语言写成。
关键技术因为小卫星星座数量庞大，因此其星座测控的特点是测量目标多、地面站数量多(或通过中继卫星)、分布广泛、测量弧段长(确保测轨精度)、测控频繁(数据需及时处理)、信息量大、数传率高。为了实现高效可靠的测控管理，并有效地利用已有的地面站，小卫星测控通信网必须满足一系列的技术要求。
小卫星的测控体制壹小卫星星座地面测控管理具有特殊性，每个测控站要同时管理多个不同的小卫星，所以小卫星星座要求测控站与应用站设备综合、功能合一。地面站可采取有人值守、无人操作模式。为适应不同的无线电体制卫星，地面站的设备应具有多种不同的调制体制，且可以切换适应；为适应不同轨道高度的卫星，其发射功率和接收灵敏度要能自动调节。
为了在卫星以不同时间、不同地方进入测控区时，地面站都能自动计算卫星轨道，那么天线得预先对准卫星进入的方向、仰角，处于待命的工作状态，并有自动跟踪能力。新的测控体制的特点是多星同时测控、卫星长期管理、覆盖率高、测控费用低廉。目前，国内外对小卫星进行测控的基本体制有地基测控、天基测控、自主测控，还有基本测控体制之间结合的组合测控体制。
码分多址技术贰目前，国际上的星座测控应用了扩频技术和码分多址(CodeDivisionMultipleAccess，CDMA)技术。现在隶属美国军方的“铱系统”(Iridium，66颗星)、Globalstar(52颗星)、Aries等系统都属于小卫星星座系统的典范，其中Globalstar、Aries采用了CDMA技术。另外，美国的TDRSS中也应用了CDMA技术。采用这种机制，还可以将扩频技术和加密技术结合，实现卫星通信和遥测信息的加密，提高了卫星的安全性和抗干扰能力。采用CDMA机制还具有组网简单灵活、系统容量大、成本低等一系列优点。
增强“一站多星”(MSPA)技术叁在NASA深空网(DSN)中，目前只有13副天线可用于支持35颗卫星。但是只用太空发射系统(SpaceLaunchSystem，SLS)发射3次，需要支持的卫星数就会超过1倍。由于它们是作为搭载载荷部署的，多颗小卫星几乎在相同时间相同的空间区域需要初步支持。因此，DSN正在研究低成本技术使天线能同时支持多颗卫星。目前，“一站多星”(MSPA)方法可在一个天线波束内支持2颗卫星的下行链路。NASA计划升级到支持4颗卫星的下行链路(4-MSPA)，以满足近期的需求。另外，还考虑了跟踪多颗卫星下行链路的低成本机会式MSPA(OMSPA)法，并研究了一种增强版MSPA，同时为多颗卫星提供上行链路、下行链路和双向跟踪服务。
用带宽高效信号技术实现立方体卫星高数据率肆由于立方体卫星的功能和质量都受限，因此推荐使用强大且带宽高效的信号技术，以满足立方体卫星高速数传的需要，如低密度奇偶校验码(LowDensityParityCheck，LDPC)。由于NASA为地球科学立方体卫星任务分配的信道带宽为MHz(X频段)，因此对不超过～Mbit/s的立方体高速率传输任务，最好使用高编码增益速率1/2LDPC编码，而非低开销7/8速率LDPC编码。
带宽是由干扰引起的问题，高阶调制(至少8和16)能使更多任务无需重叠就能共存，提高了极地区域的利用。为了获得更高的数据速率和频谱效率，NASA目前正在研究在S和X频段的NEN立方体卫星通信链路中使用功能更强、带宽效率更高的调制和编码方式。研究考虑了空间数据系统咨询委员会(ConsultativeCommitteeforSpaceDataSystem，CCSDS)和数字电视广播-卫星-第二代(DVB-S2)的信号方案，包括LDPC系列。研究建议，对NEN站的Cortex接收机进行升级以支持未来立方体卫星的高数据速率任务。
软件定义无线电技术伍GENSO使用的是标准的业余无线电接收机，这类接收机在定轨方面的局限是不能进行直接频率测量。而新一代接收机——软件定义无线电(SoftwareDefinedRadio，SDR)能部分解决这个问题。SDR和标准接收机的主要区别就是SDR能一次性分析一个很大的接收段，并且能确定卫星无线电信号的准确接收频率。
SDR具有以下两个特点：首先，使用SDR可以在地面站记录卫星的多普勒曲线，能减少轨道确定时间和所需的地面站数量；第二个特点是静态模式定轨，一个SDR能同时接收多颗卫星的数据，只要这些卫星都在同一频段，一个地面站就能对相同频率卫星进行同时测控。对于非持续性卫星传输，卫星信号多普勒曲线必须在卫星整个无线电频谱外进行重建。
未来发展趋势测控频率越来越高壹小卫星目前广泛采用业余无线电频率，而X频段和S频段也有使用，未来，Ka等高频段也将加入测控的行列，这主要是为了更好地满足对高速率数据传输系统的测控，同时可以提高天线的增益，减小天线的尺寸，降低测控受干扰的程度，更好地保证测控的可靠性。目前国际上各大机构都在研究小卫星Ka频段的通信，其实际使用指日可待。
国内、国际测控网络的互连贰合理布站和实现国际联网，可以进一步提高地面站的使用率，从另一方面提高测控质量和降低测控费用。国外已建立了许多专用系统的测控网，如美国NASA的天基网(SN)、近地网(NEN)和深空网(DSN)以及欧洲的GENSO网络，如果将这些地面测控网稍加改造，然后利用开放式互连结构将之组成一个大的测控网络，就可以有效地利用测控资源，实现多种测控任务。虽然目前国外已有一些地面站组网的实例，但是其范围仍然有限，未来将有可能采取公私合营或者国际合作等方式进一步扩大地面站组网。
卫星的自主能力越来越强叁由于地面站需要同时对多目标进行测控管理，并且一次可测时间只有几分钟到十几分钟，因此，卫星应能自主运行并自动应对突发事件。首先，目前发展最快的是利用高动态的卫星导航定位接收机实时接收多颗GPS卫星的导航信号，实现半自主导航；其次，可以利用软件无线电技术根据信号的特征进行自动识别和处理接收信息，以及加载不同的功能软件与不同体制的特定系统交互信息；最后，还可以利用光电仪器实现全自主导航。卫星自主能力的提高可以简化地面测控网的设计、节约成本，同时提高测控精度。
相控阵天线不断发展肆为了实现对小卫星进行多星跟踪和在轨运行管理，地面测控通信站可以采用宽波束天线或者采用多天线，这也是目前小卫星测控通信网采用的方法。但是更有前景的方法是采用连续波多波束相控阵天线，其具有多波束、实时切换、无惯性跟踪等功能及特点，因此广泛应用于雷达、通信等领域。在测控通信领域最早应用相控阵天线的是TDRSS，其星上就装有由30个螺旋天线元及波束形成网络组成的相控阵天线。目前，相控阵天线的发展和改进也是国外的研究重点。
结束语小卫星作为目前航天领域研究的热点，正以一箭多星的方式不断被发射升空。因为其成本低廉，所以不论是国际还是国内都在进行各项研究。值得注意的是，国际上的小卫星测控通信网已经遍布全球，因此其小卫星发挥的价值也超乎想象，单是“鸽子”对地成像卫星已经能实现每天对全球进行拍摄。
在我国，小卫星的研制和发展相对较为缓慢，地面测控网也处于发展中。因此，可以借鉴国外的先进经验，创新开发小卫星的民用、商用和军用价值，最重要的就是加速部署可靠和自主的小卫星地面测控通信网，使中国和国际接轨的同时向航天强国逐步迈进。
参考文献：略
本文转载自“《电讯技术》年11月刊”，文章来源：卫星与网络，原标题《国外小卫星测控通信网发展现状和趋势》，作者
蒋罗婷(中国西南电子技术研究所）
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