数据中继卫星系统体系综述

自20世纪70年代美国开始发展“跟踪与数据中继卫星系统”(TDRSS)以来,数据中继卫星系统已历经50余年的发展。俄罗斯、中国、欧洲等航天国家/地区根据其政治、经济、地理等国情及航天探索发展规划,分别发展出技术体制与形态各异的数据中继卫星系统。同时,随着人类探索太空的脚步迈向深空,地月空间、地火空间的测控与数据中继设施建设也未曾止步。2024年3月20日,探月工程四期鹊桥二号中继星在中国文昌航天发射场成功发射升空,鹊桥二号中继星作为探月工程四期后续的“关键一环”,将架设地月新“鹊桥”,中国数据中继卫星家族进一步发展壮大。本文回顾了各国/地区数据中继卫星系统发展概况,并对深空数据中继卫星体系展开介绍。

数据中继卫星:从太空给你捎句话

太空中虽然看起来空空荡荡,却是无线电通信的好去处。然而由于地球本身的阻挡,固定在某个地理位置的测控站往往看不到某颗具体的卫星。因为测控站的天线庞大无匹又极其昂贵,很难拖在卡车上跑来跑去,也不可能在全球到处建站。

中继星典范——跟踪与数据中继卫星系统

美国宇航局的跟踪与数据中继卫星系统(TDRS)的发展,主要是为载人航天服务的。它的提出、部署和服役,其实比SDS还晚几年。战略收缩的产物。早期美国宇航局载人航天的测控活动,是靠全球布站来实现的。在其巅峰时期,美国宇航局维护着3个全球地面站网络。

直升机加装数据中继设备的设计与分析

直升机因具有低速、机动灵活、起降要求低等特点而得到广泛使用,而空中数据中继转发设备的加改装将进一步拓展直升机任务面。基于某型直升机加装空中数据中继转发站的实际工作,对加改装设计过程进行分析,计算了各部件安装后的受力强度,给出了加装设备结构强度和质心的计算方法,并对加装设备与直升机的电磁兼容性能和设备本身的通信性能进行了分析。结果表明,空中数据中继转发站加装后符合法规要求的结构强度和电磁兼容性等适航要求,且通信性能满足超视距数据中继任务要求。因此,该项工作可为同类型改装工作提供参考和借鉴。

星间激光链路数据中继技术研究进展

基于高性能激光链路构建高速安全的数据中继卫星系统可为不同轨道、不同功能的对地观测卫星和用户航天器提供大容量、无缝隙的数据中继服务,在军事和民用领域均具有广泛的应用前景。以欧洲为代表的发达国家相继开展了星间激光链路数据中继技术的理论研究和星上演示验证,并启动了相应的工程验证计划。综述了国内外星间激光链路数据中继技术的研究现状,对几种典型激光链路数据中继卫星系统,着重研究了系统结构、激光终端及模拟验证实验。最后,分析了数据中继卫星激光链路组网中着重关注的几个方向。

自适应遗传算法的数据中继卫星光网络资源调度算法

以数据中继卫星光网络系统资源、任务和约束条件为参量,以任务对资源的选择为优化对象,提出了一种基于自适应遗传算法的数据中继卫星光网络资源调度算法。综合考虑多中继星、多时间窗口、多光学天线以及任务优先级要求,建立调度模型;采用"当前任务调度时间的确定"和"后续任务可见时间窗口的更新"的调度操作,对不同资源的任务集合进行调度安排并实现了可见时间窗口的动态更新,获得调度任务的总权值并将其作为参量计算适应度值,最后通过改进的自适应遗传算法对不同调度方案进行寻优。以3颗中继星、12颗用户星,6个光天线,60个任务为条件设置了仿真场景,仿真结果表明该算法在收敛速度、调度效率方面具有优势,适应于多任务、多天线的数据中继卫星光网络系统资源调度。

跟踪与数据中继卫星系统在测量船上的应用前景

介绍了国际跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)的基本状况与发展趋势,分析了今后测量船利用中继卫星系统传输高速数据的应用前景,比较了测量船加装中继卫星系统的几种方案,并对其可行性进行了评估。

跟踪及数据中继卫星系统的正反向通信链路

本文讨论跟踪及数据中继卫星系统（ＴＤＲＳＳ）的正反向通信链路。包括：１）Ｓ波段多址勤务链路的相控阵天线地面多波束形成及自适应对准；２）把ＴＤＲＳ上的３０个单元天线的接收信号传回地面并保证各路之间相对相位、振幅的稳定；３）Ｋｕ波段单址勤务链路中ＴＤＲＳ与用户飞行器天线相互捕获与跟踪；４）扩频—测距码的快捕。

美国三代跟踪与数据中继卫星系统的发展

1983年4月,NASA将首颗跟踪与数据中继卫星（TDRS）送入地球同步轨道。经过20多年的发展,NASA已经部署了两代TDRS,当前正在发展第三代TDRS。本文介绍了跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）的演变过程,讨论了每一代TDRS和地面终端站的采购策略与技术要求,比较了第一代和第二代TDRS的特性和能力,并给出了各地面终端站的当前配置情况。

国外数据中继卫星系统最新发展及未来趋势

作为天基测控系统,数据中继卫星大大提高了对用户星的覆盖率,减少了地面布站的数量,节约了成本,是各主要航天国家重点建设的航天系统之一。目前,美国、俄罗斯、欧洲和日本均发展了自己的数据中继卫星系统,在对空间和地面系统进行升级改造的同时,以小卫星星座、搭载载荷等灵活的形式,采用激光通信、软件无线电、组网等先进技术积极研发和部署下一带卫星系统,并谋划与行星中继卫星一起构建跨太阳系的中继卫星体系。总结了国外中继卫星系统的发展现状和未来,综合分析了关键技术和发展趋势,并对中国中继卫星的发展提出了建议。

中国数据中继卫星系统及其应用拓展

论述了中国天链一号数据中继卫星系统的建设历程和特点、应用实践和对中国航天事业发展的贡献。对中国未来数据中继卫星系统在大系统层面(包括优化顶层设计、提高工作效率和扩大覆盖区等)和卫星层面(包括相关的先进有效载荷和平台技术)的技术发展提出了建议,对今后应用领域的拓展(如地球同步转移轨道(GTO)/地球静止轨道(GEO)用户航天器、再入通信、深空通信和特殊卫星星座管理等)进行了讨论。

我国数据中继卫星系统发展建议

天链一号数据中继卫星在轨成功运行,标志着我国在天基信息传输领域的重大突破,今后发展方向是建设中继卫星组网系统,以满足数据中继不断增长的需求。分析表明:经度间距约为180°的地球静止轨道(GEO)双星组网系统,只需在我国本土设立控管站,利用地面高速光纤干线,双星就能对离地高度大于95km的航天器实现100%轨道覆盖的中继卫星系统。这比较符合我国国情,并具有完好的技术继承性和后续拓展前景。

跟踪与数据中继卫星柔性动力学建模

研究了大型跟踪与数据中继卫星动力学建模问题。首先结合模态综合和混合坐标方法介绍了中继卫星柔性动力学一般模型建立过程;根据工程需要重点对所建立的一般动力学模型利用模态综合进行降阶处理,给出了工程实用的低阶动力学模型和各耦合系数的计算表达式;最后通过一个工程实例对模型进行了验证。

跟踪与数据中继卫星Ku频段的同频干扰分析

中继卫星的Ku频段单址通道返回链路采用相同的载波频率。链路通过采用天线的相反的极化、波束指向的不同 ,来减小链路之间的干扰。但是如果链路非常接近 ,链路之间的相互干扰还是很突出。本文在不影响仿真精度的条件下 ,对环境做了简化 ,用数学的方法分析了链路之间的相互干扰。在简化的模型下 ,用SPW对链路进行了仿真分析 。

AM-AM变换对卫星跟踪和数据中继DOA估计的影响

在跟踪和数据中继卫星系统反向链路中,多路频分复用信号通过高功率放大器时存在严重的交调干扰,导致输出的各路阵元信号严重失真.针对这一问题,该文通过幂级数模型分析高功率放大器调幅-调幅(AM-AM)变换对通道间幅度一致性的影响机理,建立幅度不一致性对波达方向(direction of arrival,DOA)估计影响的数学模型,并进行计算机仿真.理论分析和仿真结果表明:高功率放大器的AM-AM变换不会引起估计角度的偏移,但会导致空间角度范围内的谱峰值降低,同时使3 dB谱宽变宽.此外,AM-AM变换还会导致DOA估计性能恶化.

我国卫星数据中继系统中的高速数据传输问题研究

首先分析比较了当前几种调制解调体制的基本优缺点,然后针对我国数据中继卫星系统的具体需要,提出了适合我国数据中继卫星系统的调制体制的建议,在文章的后半部分,讨论了高速TCM的实现.

卫星数据中继天线的跟踪规律研究

用户星数据中继天线对中继卫星的跟踪规律研究是一个基本的、十分重要的问题。从工程应用角度研究了用户星数据中继天线对中继卫星的跟踪规律。首先对研究中涉及的坐标系进行了定义。基于开普勒轨道运动方程推导了一套数据中继天线跟踪中继卫星的角度及其变化角速度的数学模型。通过这套模型可以推算用户星跟踪数据中继卫星时中继天线转动的方位角和俯仰角的变化规律。最后通过仿真算例的结果分析验证了模型的正确性。

苏联/俄罗斯数据中继卫星系统评述

在全面收集相关资料的基础上,对苏联/俄罗斯中继卫星系统发展历史和现状给出了较为准确和明晰的描述,并从专业的角度对卫星星座、轨道位置、有效载荷及平台特性、服务范围和在轨运营等重要内容作出了技术评论。其结果对评价我国在这一领域中的成就和研发下一代卫星均具有参考价值。

近空间跟踪与数据中继系统的初步设想

提出"近空间跟踪与数据中继系统"的设想,分析了它与"跟踪与数据中继卫星系统"(TDRSS)的区别,讨论了它的优势,给出了简单的方案设想,指出了尚需进一步深入研究的问题。