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。

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。

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。

利用“双星”系统建立初级数据中继卫星系统（TDRSS）的探讨

本文介绍了在“双星”系统的中继星上增加一个２．５ｍ直径Ｓ波段跟踪天线和２个转发器，与地面站一起构成初级ＴＤＲＳＳ系统。可以提供对飞船跟踪与通信的７０％以上的轨道覆盖率和２Ｍｂｐｓ的反向数传速率，解决了只依靠大量地面布站所面临的许多困难。

中继卫星(TDRS)支持环月探测器的研究

给出了基于轨道根数的跟踪与数据中继卫星(TDRS)对月球探测器的可视算法,分析和比较了地面站和TDRS对月球探测器的测控跟踪能力．结果表明,与依靠地面站相比,使用TDRS后,在不考虑月球遮挡情况下,对环月探测器的测控覆盖率可由50％提高到99％．存在最大月球遮挡时也能达到60％,大大提高了对环月探测器的测控能力．最后讨论了TDRS跟踪环月探测器对TDRS卫星平台的要求,提出了地面站与TDRS相结合的测控方案．在当前TDRS天线运动范围受限情况下,仍能实现对月球探测器的大范围测控覆盖率．

NASA与波音签订一份跟踪与数据中继卫星合同（TDRS）

NASA与波音卫星系统公司签订一份合同，内容包括2颗（TDRS-K和TDRS-L）卫星用于补充NASA通信中继网络，此网络用于为地球低轨道航天器与地面之间提供通信链接。

美国跟踪与数据中继卫星-K（TDRS—K）将发射

据Spacedaily网2012年12月19日报道，日前首颗新型“跟踪与数据中继卫星”（TDRS—K）运抵NASA肯尼迪航天中心，将为2013年1月29日的发射做准备工作。该卫星由波音公司建造，装有两个大型太阳电池翼、一对大型天线和许多其他通信天线及电子装置。TDRS—K将用作航天器与地面站之间的中继通信平台。它的发射将标志着该卫星星座的最新升级。

暗影舞者——美军的卫星数据系统

美国军方一度拥有自己的数据中继卫星系统——“卫星数据系统”。这个系统前后发展了三代。第一代是1976年至1987年的SDS-1;第二代是1989年至1996年的SDS-2;第三代SDS-3从1998年投入使用。高度保密的SDS。SDS系统的主要功能是把侦察卫星图像中继传输给美国本土。

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。

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。

LEO卫星接入TDRSS的可行性分析与仿真

该文讨论了使用固定天线和中低发射功率的LEO卫星接入到跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS),并通过跟踪与数据中继卫星(TDRS)来实现空-地数据传输的可行性。文中给出了LEO卫星与TDRS进行通信需满足的前提条件,提出了通过计算机仿真来计算LEO卫星与TDRS全天通信时间和通信业务量的一般思路和具体实现方法,为论证具有固定天线的LEO卫星接入TDRSS的可行性提供了依据。

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 。