跟踪与数据中继卫星系统发展与研究

中继卫星系统用户终端关键技术分析熊小莉【摘要】用户终端在跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)中具有重要作用.介绍了中继卫星系统用户终端的分类、功能和组成,重点对用户终端采用的全数字化可编程综合基带、自动增益控制(AGC)、相参转发和小型化等关键技术进行了总结和分析,已工程实现的用户终端功能和性能满足系统要求.最后,提出了用户终端技术的发展趋势.【期刊名称】《电讯技术》【年(卷),期】2010(050)007【总页数】5页(P16-20)【关键词】TDRSS;中继卫星系统;用户终端;数字化综合基带;自动增益控制;相参转发【作者】熊小莉【作者单位】中国西南电子技术研究所,成都,610036【正文语种】中文【中图分类】V556.81 引言中继卫星系统是一个利用同步卫星和地面终端站对中、低轨飞行器(用户星)进行高覆盖率测控和数据中继的测控通信系统。

目前，美国NASA的中继卫星系统——跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)已发展到第二代，第三代系统正在论证之中；欧空局也于2001年发射了第一代数据中继卫星Artemis，并于2003年投入使用，将于2010年到达寿命期，欧空局正在进行第二代数据中继卫星系统(EDRSS)的方案构想；我国的“天链”一号中继卫星系统也于2008年4月投入使用。

中继卫星系统具有跟踪测轨和数据中继两方面的功能，同时具有全轨道跟踪多个用户星以及高速数传的能力，代表了新一代天基测控系统的发展方向[1]。

中继卫星用户终端与中继卫星、地面站构成了跟踪与数据中继卫星系统。

中继卫星用户终端安装在中、低轨道的用户航天器(或其它用户平台)上，是外部信号与用户航天器内部设备之间的接口设备。

它通过中继卫星与地面站建立前返向链路，完成信号的接收和发送，通过总线接口与用户航天器的指令分系统、数据分系统、遥测分系统相连接，完成对用户航天器的测控和数据传输。

中继卫星系统用户终端是中继卫星系统的重要组成部分，它不仅具有遥控、遥测、测距、测速功能，还能进行数据的中继传输，因此，其性能的优劣将直接影响系统对用户航天器测轨跟踪与数据通信质量[2]。

星上处理技术[英文名称] on board processing technology[定义]为了卫星通信能与宽带综合业务数字网（ISDN）、异步转移模式（A TM）标准兼容，卫星与光缆无缝连接，卫星必须克服带宽、传输质量、时延、雨衰及保密等问题，还必须具备星上交换能力。

因此，只有通过星上处理技术来实现。

星上处理技术包括：比特再生、前向纠错、基带解调、路由切换、编路、功率可控矩阵、信道带宽可调（数字滤波）、波束成形、多波束天线和切换以及星间链路等技术。

[国外概况]1976年发射的林肯实验卫星（LES）－8、LES－9两颗军用实验卫星上，首次进行了简单的比特再生和几个波束的多波束天线技术等星上处理技术实验。

由于这一技术可以降低干扰、改善信道质量，在随后的军用通信卫星中普遍采用了此项技术。

在1975年发射的国际通信卫星Intelsat-IV A，采用了两个波束的天线，从此，多波束天线技术开始发展。

80年代，由于商用通信卫星的飞速发展，静止轨道频率资源短缺，而多波束的频率复用特性使其具备了巨大优势，从而得到迅速发展。

从几个波束发展到了几十个、上百个波束，技术也发生了根本性的变化。

目前，除了多波束频率复用特性外，提高卫星有效各向同性辐射功率（EIRP）从而降低对地面终端的要求，也越来越受到重视。

但不同波束之间的用户连接困难问题，则需要连接不同波束的微波切换矩阵。

1991年1月发射Inteolsat-F1及随后发射的F2首次采用了微波切换矩阵，实现了6个波束之间的互连。

1993年9月发射的先进通信技术卫星（ACTS）是美国国家航空航天局（NASA）为保持美国在通信卫星领域的领先地位而研制的一颗具有多项星上处理技术的先进技术实验卫星。

它开创了星上处理技术的新局面。

有众多美国公司参与了ACTS计划的先期研制，从而使他们在星上处理技术方面前进了一大步，并为其以后的发展打下了牢固的基础。

其中摩托罗拉公司开发了星上基带交换技术、TRW、Loral等公司研制了点波束天线技术和微波交换矩阵、电磁科学公司研制了波束成形网络、TRW、休斯等公司研制了Ka频段发射和接收设备、Comsat和BBW公司开发了网络控制技术。

卫星技术在伊拉克战争中的应用为了获取更多、更详尽的伊拉克情报，以便为美国的外交和军事决策提供依据，美国在伊拉克战争中动用了多种卫星严密监视伊拉克的一些特定设施。

美国目前部署的军用卫星系统覆盖了对伊作战所需要的各个信息领域，动用的卫星种类包括侦察卫星、通信卫星、导航定位卫星、资源卫星和气象卫星等多种类型。

美国在其本土有21处、本土之外有15处基地上共有33600人在对伊拉克战争进行天基支持。

侦察卫星成像侦察卫星通过可见光、红外、合成孔径雷达等手段对地面进行照相侦察，可提供伊拉克国家领导人驻留地点、重点军事设施布防情况和大规模杀伤性武器及生化武器的部署情况，监视战区军事态势的发展。

电子侦察卫星主要用于截获伊方雷达、通信、遥测等系统的传输信号，从而探明伊方重要领导人物和指挥控制中心的位置、辨识伊方军用电子系统的性质、位置和活动情况，并通过对所得情报的分析进一步揭示伊方军队的调动、部署乃至战略意图。

在对伊战争中，侦察卫星提供的情报对于了解战场情况、确定打击目标、提高打击精确性、准确评估打击效果起着重要的作用。

1.成像侦察卫星（1）KH-11卫星KH-11卫星在３２０千米的高空轨道上工作。

三颗（分别于2001年10月，1996年12月和1995年12月发射的）先进的拥有光学与红外传感器的KH-11卫星能提供全天时、全天候的武器设施搜查能力。

例如，2001年10月5日发射的15吨重的KH-11卫星，在每日凌晨两点（当地时间）左右向北飞过巴格达上空，使用其红外与微光能力侦察，下午约3点又由北向南飞过巴格达，使用其日光光学能力进行侦察。

（2）KH-12卫星KH－12卫星是1990年2月28日开始发射的，至今已经发射了4颗。

它能以与“哈勃”空间望远镜一样的方式成像，即其光学系统的相机采用了当今最尖端的自适应光学成像技术制成，可在计算机控制下随视场环境灵活地改变主透镜表面曲率，从而有效地补偿因大气造成的畸变影响，使分辨率达到0.1米。

第28卷第5期电子与信息学报V ol.28No.5 2006年5月 Journal of Electronics & Information Technology May 2006适用于我国的中轨TDRSS星座方案研究吴廷勇朱立东吴诗其(电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室成都 610054)摘要基于中轨跟踪与数据中继卫星系统(MEO-TDRSS)星座方案的功能和业务特性，对4种常见星座实现的我国中轨TDRSS的覆盖特性和星际链路性能进行了仿真分析和比较。

仿真结果表明，我国的中轨TDRSS宜采用具备卫星全球均匀分布特性的玫瑰星座和共地面轨迹星座。

关键词星座，中轨，跟踪与数据中继卫星系统，星际链路中图分类号: TN927 文献标识码: A 文章编号：1009-5896(2006)05-0865-06The Satellite Constellation Scheme Study for MEO-TDRSS of ChinaWu Ting-yong Zhu Li-dong Wu Shi-qi(The National Key Lab. of Communication, UEST of China, Chengdu 610054, China)Abstract Based on the functionality and traffic characteristics of the Medium Earth Orbit Tracking and Data Relay Satellite System(MEO-TDRSS), the coverage properties and Inter-Satellite Link(ISL) performances of four familiar satellite constellation schemes which are adopted as the MEO-TDRSS of China are simulated and compared. The simulation results indicate that Rosette and Common-track constellations, whose satellites are distributed in the celestial sphere uniformly, are appropriate for MEO-TDRSS of China.Key words Satellite constellation, MEO, TDRSS, ISL1 引言跟踪与数据中继卫星系统(Tracking and Data Relay Satellite System，TDRSS)是用于转发地面站对低轨道航天器的跟踪/遥测信息和将航天器获取的数据实时中继传输回境内地面站的专用卫星系统，广泛应用于国防和航天通信领域。

第二次世界大战以后不久，在火箭试验中就已采用某些光学和电子测量系统，例如光学跟踪经纬仪和多普勒测速仪。

但是作为完整的航天测控系统，则是在人造地球卫星出现之后才逐步形成的。

全系统靠全球性的通信网来相互连接，相当一部分线路是租用。

除了对近地卫星和飞船的测控系统外，还建立了对行星际探测的深空测控网。

中国航天测控系统也是在航天事业的发展中逐步臻于完善的。

为了扩展观测范围，还建造了海上测量船，以便驶往远洋对航天器进行跟踪观测。

在整个测控系统中使用了多台计算机，并有贯通各个测控站、测量船和测控中心的通信网络。

定义2系统组成3航天测控网4总体设计5总体设计中必须解决的问题6电子测控系统7计算系统8航天电子测控系统的新发展9展望1定义编辑space tracki ng,telemeteri ng and comma nd system对运行中的航天器（运载火箭、人造地球卫星、宇宙飞船和其他空间飞行器）进行跟踪、测量和控制的大型电子系统。

2系统组成编辑航天测控系统包括以下各种系统。

前3个系统，由地面的和装在航天器上的两部分电子设备组成。

①跟踪测量系统：跟踪航天器，测定其弹道或轨道。

②遥测系统：测量和传送航天器内部的工程参数和用敏感器测得的空间物理参数。

③遥控系统：通过无线电对航天器的姿态、轨道和其他状态进行控制。

④计算系统：用于弹道、轨道和姿态的确定和实时控制中的计算。

⑤时间统一系统：为整个测控系统提供标准时刻和时标。

⑥显示记录系统：显示航天器遥测、弹道、轨道和其他参数及其变化情况，必要时予以打印记录。

⑦通信、数据传输系统：作为各种电子设备和通信网络的中间设备，沟通各个系统之间的信息，以实现指挥调度。

3航天测控网编辑各种地面系统分别安装在适当地理位置的若干测控站（包括必要的测量船和测控飞机）和一个测控中心内，通过通信网络相互联接而构成整体的航天测控系统（见图），或称航天测控网。

4总体设计编辑航天测控系统总体设计属于电子系统工程问题。

简述空天信息传输网络的特点、现状及发展趋势与现有的卫星通信系统相比，未来空天信息传输网络支持的终端类型、业务类型、服务质量要求更为丰富。

因此，为保证接入终端能够高速、可靠地进行大容量的数据收发，适用于多个用户接入的空天信息网络研究就显得尤为迫切。

标签：空天信息；通信；传输0 引言目前，世界各国的航天技术和航天工程快速发展，空间信息交换、传输技术发展取得了巨大的成就。

空天信息通信系统功能的日趋完善，终端种类以及各用户获取的信息量逐渐增加，然而各个系统之间存在着自成体系、互不兼容的矛盾，通过单颗卫星进行空地链路的传统通信模式已经无法满足多元化的空天信息网络的实际应用需求。

因此世界主要航天国家都将发展目标定位为建立空天地一体化的综合网络体系，实现空间信息资源的互通互联，空天信息网络的概念正是在这种背景下提出的。

1 空天信息网络的特点1.1 开放的通信网络该网络集成了多种现存网络的各种特征和功能，各个平台之间为达到资源共享和信息传递的目的，必须解决它们互相独立的问题，为达到此要求，空天信息网络中各个通信终端需通过相关的网关同异构网络进行及时、准确、多样性的数据通信，为此，空天信息网络设计必须具备开放性，以便做到不同网络之间互联、多个系统相互兼容。

1.2 立体的信息交换空天信息网络拓扑结构立体化，此特点决定了通信服务的立体化。

空天信息网络覆盖了不同层次空间上性能各异的通信终端，并依赖于空天网络立体的信息交换的特点，有效地保障了空间信息和频谱资源地充分利用，实现各种网络资源的合理配置。

1.3 通信的特殊性与地面通信网络相比，空天网络通信覆盖范围大、智能程度高、延时大、支持的业务种类多等特点，特别是天基骨干链路，其传输距离远、拓扑动态变化大但链路变化规律可循。

同时对终端功耗、体积、重量的要求更为严格，使得空天传输网络的接入设计更给困难。

1.4 动态的组网机制在空天传输网络中，即要满足基于天基骨干网实现对所有通信终端进行动态整合以获取不同的信息资源，又需要满足区域网络具备一定程度的智能自组特性，以便应对各种突发状况并满足抗毁性等特殊需要，所以空天传输网络的拓扑链接、资源调度必须具有动态重组的能力。

捷径千里之外——中继卫星的技术分析与应用研究在现代通信中，卫星通讯技术一直扮演着重要的角色，尤其是在特定场合下，如军事、远程区域、极地及海洋等，传统的地面通信设备不能很好地实现通信任务，在这些场合，中继卫星的使用就成为了一个理想的选择。

中继卫星，也就是信号中转卫星，它是一种用于接收地面信号并将其转发到目标设备的卫星系统，具有强大的传输容量和广域覆盖能力。

中继卫星的研发和应用，可以提高我国通信技术的水平和国家的通信保障能力。

中继卫星的技术分析中继卫星的技术包括卫星通讯、射频和电动力学、空间力学和通信系统的软硬件设计等。

其在技术上面临的挑战主要包括两个方面。

第一是天线技术，由于中继卫星具有广域覆盖的特点，因此其天线必须能够实现快速转向和跟踪信号，以确保高质量的信号传输。

第二是物理层通信技术，中继卫星的接收机和发射机都必须具备高灵敏度、高精度和高可靠性的特点，以保证传输的数据质量。

在中继卫星的整个通信过程中，数据的传输速率和质量是非常重要的因素。

因此，中继卫星的传输速率和误码率等性能指标也是需要持续不断的优化和提高的，同时中继卫星通信技术的保密性和安全性也是不能忽视的重要因素。

应用研究中继卫星的应用领域十分广泛，如军事、民用交通、全球移动通信、气象预报等方面。

在军事方面，中继卫星的应用主要是用于天气情报、图像传输等信息采集和处理工作，在突发事件和地理环境复杂情况下能够保证信息的及时传输。

在民用交通领域，中继卫星能够实现全球通信和信息传输，保障国际航空和航行安全。

此外，在全球移动通信方面，中继卫星也具有很好的应用前景。

可以看到，在中继卫星领域的应用价值是非常高的。

结语中继卫星的技术分析和应用研究正是体现现代通信技术和国家通信保障能力的体现。

通过深入研究中继卫星通讯的技术和具体应用，能够更好地提高我国通信技术水平和国家通信新一代的保障能力，在不久的将来，也必将取得更加显著的成果和应用价值。

SBR系统的优缺点当传感器要完成探测太空、海洋和空中目标任务及完成导弹防御任务时，可考虑使用SBR。

与陆基雷达相比，这些部署在太空的雷达具有以下优点：（1）空间和时间覆盖范围仅受选定的轨道和卫星的数目限制。

如图22.9和图22.10所示。

大范围的连续观测是可以实现的[28]。

图22.9标明了从圆形极地轨道上提供连续覆盖整个地球表面所需要的轨道平面数量和卫星数量。

可以看出，当卫星的高度大于6 000n mile时，需要在两个轨道平面上使用6颗卫星，在卫星探测范围内没有天底孔。

图22.10说明了在赤道轨道的特殊情况下，实现连续覆盖所需要求卫星的数量。

这种情形仅限于扩展到图中所指定纬度的宽条形区，可看出：当卫星的高度大于6 000n mile时，4颗卫星能够覆盖一条60 宽的条形区。

时间上的覆盖范围如图22.11所示。

图中给出了目标被跟踪以后从太空卫星观测地面目标的最大时间[28]，可以看出，当轨道高度为6 000n mile时，一个地面目标能被观测的时间超过7 000s。

图22.9 极地轨道的全球覆盖[28]图22.10 赤道轨道的带状覆盖图[28]（2）使用电子扫瞄天线的SBR是可以完成多种任务的。

例如，一个雷达卫星系统能：第22章天基雷达（SBR）系统和技术·838·①搜索一个扇区，完全覆盖美国本土周围的防御区域，探测距海岸一定距离的轰炸机；②搜索一个覆盖极地的扇区以便在弹道导弹早期预警系统（BMEWS）发现之前发现洲际弹道导弹（ICBM）；③监视任何国外潜在的太空发射场地；④完成海洋地区的监视；⑤搜索一个海基弹道导弹（SLBM）防御区域；⑥探测可能对美国同步卫星构成威胁的太空目标。

任务的数量仅受限于重量和可用的主电源，但当采用航天飞机作为发射装置时，这些限制都能克服。

因此惟独技术和成本才是真正的限制。

（3）大气传播影响可以通过适当选择工作频率和有利的几何关系使之最小化。

（4）如果数据经中继卫星获得，就不需要海外工作站。

简述空天信息传输网络的特点、现状及发展趋势作者：张玲玲来源：《山东工业技术》2016年第04期摘要：与现有的卫星通信系统相比，未来空天信息传输网络支持的终端类型、业务类型、服务质量要求更为丰富。

因此，为保证接入终端能够高速、可靠地进行大容量的数据收发，适用于多个用户接入的空天信息网络研究就显得尤为迫切。

关键词：空天信息；通信；传输DOI：10.16640/ki.37-1222/t.2016.04.1290 引言目前，世界各国的航天技术和航天工程快速发展，空间信息交换、传输技术发展取得了巨大的成就。

空天信息通信系统功能的日趋完善，终端种类以及各用户获取的信息量逐渐增加，然而各个系统之间存在着自成体系、互不兼容的矛盾，通过单颗卫星进行空地链路的传统通信模式已经无法满足多元化的空天信息网络的实际应用需求。

因此世界主要航天国家都将发展目标定位为建立空天地一体化的综合网络体系，实现空间信息资源的互通互联，空天信息网络的概念正是在这种背景下提出的。

1 空天信息网络的特点1.1 开放的通信网络该网络集成了多种现存网络的各种特征和功能，各个平台之间为达到资源共享和信息传递的目的，必须解决它们互相独立的问题，为达到此要求，空天信息网络中各个通信终端需通过相关的网关同异构网络进行及时、准确、多样性的数据通信，为此，空天信息网络设计必须具备开放性，以便做到不同网络之间互联、多个系统相互兼容。

1.2 立体的信息交换空天信息网络拓扑结构立体化，此特点决定了通信服务的立体化。

空天信息网络覆盖了不同层次空间上性能各异的通信终端，并依赖于空天网络立体的信息交换的特点，有效地保障了空间信息和频谱资源地充分利用，实现各种网络资源的合理配置。

1.3 通信的特殊性与地面通信网络相比，空天网络通信覆盖范围大、智能程度高、延时大、支持的业务种类多等特点，特别是天基骨干链路，其传输距离远、拓扑动态变化大但链路变化规律可循。

同时对终端功耗、体积、重量的要求更为严格，使得空天传输网络的接入设计更给困难。

美国首颗温室气体探测卫星-轨道碳观测-2于7月入轨龚燃【摘要】美国航空航天局（NASA）首颗专门用于探测二氧化碳的卫星-轨道碳观测-2（OCO-2）于2014年7月2日由德尔他-2火箭成功发射。

OCO-2是美国航空航天局“地球系统科学探路者”（ESSP）计划中的一项任务，主要用于观测地球大气的二氧化碳水平，进一步了解人类在温室气体排放、导致全球气候变化方面所扮演的角色。

OCO-2将提供完整的二氧化碳（人为和自然产生）碳源与碳汇图像，并研究其随时间的变化。

2009年2月24日， OCO-1由于“金牛座”火箭故障而导致发射失败。

【期刊名称】《国际太空》【年(卷),期】2014(000)008【总页数】5页(P29-33)【作者】龚燃【作者单位】北京空间科技信息研究所【正文语种】中文美国航空航天局（NASA）首颗专门用于探测二氧化碳的卫星—轨道碳观测－2（OCO－2）于2014年7月2日由德尔他－2火箭成功发射。

OCO－2是美国航空航天局“地球系统科学探路者”（ESSP）计划中的一项任务，主要用于观测地球大气的二氧化碳水平，进一步了解人类在温室气体排放、导致全球气候变化方面所扮演的角色。

OCO－2将提供完整的二氧化碳（人为和自然产生）碳源与碳汇图像，并研究其随时间的变化。

2009年2月24日，OCO－1由于“金牛座”火箭故障而导致发射失败。

OCO－2运行在705km高的太阳同步轨道，倾角98.2°，周期98.8min，重访周期16天，升交点赤道时间13：15。

卫星发射升空后将加入“地球观测系统”（EOS）的“下午-列车”（A-train）卫星编队，与一系列其他地球观测卫星自由编队飞行。

在编队飞行时，OCO－2运行在“水”（Aqua）卫星前约15min。

OCO－2是OCO－1的后续星，基于OCO－1研制。

该卫星采用轨道科学公司的低轨星－2（LEOStar－2）卫星平台，三轴零动量稳定方式。

姿态控制分系统（ACS）采用4个反作用轮控制俯仰、滚动和偏航角。

第一章1 、飞行器测控的三大功能（TT&C的含义）? ※第一个“T”的含义是跟踪测轨，第二个“T”的含义是遥测（TM），“C”的含义是指令控制，又叫遥控（TC）。

2 、飞行器测控体制的三个发展阶段及其主要特征？※一、分离测控体制发展阶段。

二、统一载波测控体制发展阶段。

三、TDRSS体制发展阶段 1）跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS） 2）全球定位系统（GPS）3 、跟踪测轨（T）、遥测（T）、遥控（C）的含义和任务？跟踪测轨分为“外测”和“内测”外测：指利用飞行器外的设备，对飞行器的飞行轨道参数（如坐标、速度、加速度等）进行精密测量。

内测：在飞行器内部，对某些参数进行测量，可以计算推知飞行器的弹道变化规律，内测数据要发回地面进行处理、计算，内测通常通过遥测实现。

遥测的内涵是“近测远传”，即在航天器和导弹体内，采用各种手段就近测得它内部的工作状态、工作参数、宇航员的生物医学参数、科学研究参数、侦查参数、环境参数等，然后将这些参数转换为无线电信号，远距离地传输到地面测控站的接收设备，再进行解调，处理还原出原参数数据，并进行记录和显示。

遥控的含义是对飞行器和导弹实现远距离控制。

在测控系统中，将地面的控制指令转换为无线电信号，远距离地传输到飞行器或导弹上，实现对它们的控制。

第二章1 、飞行器测控系统有哪两种工作方式？书17 填空简答※1）协同工作方式：采用地面站和应答机协同工作方式。

装有应答机的目标称为协同目标。

（常用方式）2）非协同工作方式：又称反射工作方式，利用目标表面反射信号工作的，这种目标称为非协同工作方式。

——无源应答方式。

2 、单脉冲测距和连续波测距的工作原理各是什么？书19（1）脉冲波测距原理：测脉冲回波时延τ，目标距离R=Cτ/2，C为波速。

——上述基于测量时间延迟的方法称为“测时法”。

（2）连续波测距原理：将一定形式的测距信号调制在连续载波上，比较接收测距信号与发射测距信号的时延求得距离。