中继卫星支持海量航天器在轨测控技术

目前中低轨的卫星在轨测控主要基于地面测控设备,当管理的在轨卫星数量持续增加时,需要不断地建设新的测控站或增加测控设备,同时由于地球遮挡限制,一个地面测控站的测控范围只占一颗卫星运行弧段的很小部分,集中在国内建设的地面测控站无法解决轨道全弧段覆盖难题。地球静止中继卫星系统的高覆盖特性和多址服务能力为近地卫星在轨测控提供了空间和频域的多重复用能力,文章从中继链路性能、多目标服务项目、多目标服务能力、覆盖特性等方面进行了详细分析,结果表明在现有的管理模式下,3颗具有多址能力的中继卫星就能管理中国目前在轨的和今后一段时间发射的所有近地卫星,这将显著降低在轨卫星对地面测控设备的需求。同时,中继多址测控服务模式可以克服现有在轨卫星管理时间域集中和应急能力差的缺陷,为卫星用户提供更多的服务手段,满足不同在轨卫星管理和使用要求,大幅提升在轨卫星的安全性和使用效率。     

用于卫星入轨段测控的箭载天基测控中继系统

为满足卫星入轨段关键遥测参数下传和遥控指令上传的需求,设计了一种用于卫星入轨段测控的中继系统,方案主要基于火箭现成天基测控终端和卫星现成测控设备。介绍了中继系统的组成、工作原理和工作流程,研究了天基测控相控阵天线波束指向算法,设计了一种卫星遥测、遥控信号中继功能的地面测试系统。该箭载中继系统在快舟一号甲火箭上完成了两次飞行试验验证,两次飞行试验中继转发的卫星遥测数据完整,箭载卫星通信终端接收用户卫星遥测数据的载噪比大于20dB;地面测控中心接收天基遥测返向信号比特信噪比相对接收门限有3dB以上的余量。试验表明,该箭载天基测控中继系统通信链路余量充足,工作可靠,相比通过地面测控资源保障或卫星自身使用天基测控可节省一半以上成本。     

数据中继卫星:把测控站搬上太空

2021年12月14日,天链二号02星在西昌卫星发射中心成功发射,这是我国第二代中继卫星系统的首颗装备星,将为载人航天器、卫星、运载火箭以及非航天器用户提供数据中继、测控、传输等服务.我国发射中继卫星数量增加至7颗,两代中继卫星相互兼容、在轨协同组网工作,天基中继系统的稳定性、可靠性、灵活性及服务能力进一步提升,将为我...     

国外跟踪与数据中继卫星一瞥

跟踪与数据中继卫星，以其较大覆盖转发地球站对中、低轨道航天器的跟踪测控信号，并对中、低轨道航天器发回地面的数据。图像、话音等信息，进行实时、连续中继等优势，逐渐成为发展航天技术越来越重要的项目。美俄跟踪与数据中继卫星早已组网运行，并在发展后续系统；欧空局和日本在这种卫星的发展上以其新思路和技术途径，大有后来居上之趋势。近年各有关国家的数据中继卫星都在研制中，但美国军用数据中继卫星发射了第二代的第一颗（SDS－2），这是一种大椭圆“闪电型”轨道卫星，用于KH系列成像侦察等卫星中继数据。1989年和1992年发…     

跟踪与数据中继卫星(TDRS)跟踪用户星的条件分析

中继卫星是航天测控网发展的必然趋势.一颗中继卫星对不同轨道的用户星测控支持能力是不同的,受多种因素的影响.从理论上详尽地分析了地球同步轨道中继卫星(TDRS)对近地航天器的跟踪条件,计算了中继卫星对各种轨道高度近地航天器的测控覆盖率,给出了中继星到用户星可视算法、地球遮挡和受太阳直射的计算公式,通过专业STK软件仿真验证了所得结论的正确性,它们可以作为确定天基网的中继星数量和对在轨中继卫星进行资源分配的理论依据.      

世界中继卫星家庭又添新成员 中国首颗中继卫星入轨

2008年4月25日,中国首颗跟踪与数据中继卫星(简称中继卫星)天链-1的01星,在西昌卫星发射中心由首枚长征一3C火箭成功发射.这是2008年中国的首次航天发射,也是"长征"系列运载火箭的第105次飞行.经过4次变轨,天链-1卫星于5月1日成功定点于77°E赤道上空,这标志着中国航天器首座天基数据"中转站"正式建成.它不仅可以使中国航天测控网覆盖率大幅提升,同时还能增强航天器测控及星地数据传输的实时性.这对未来降低航天器的运行风险、提高地面测控指挥的效率,尤其是在航天器出现异常情况下及时实施故障分析和太空抢救具有重要意义.     

载人空间站中继卫星多址波束应用

正多址波束接入是我国新一代中继卫星系统的拓展功能,可为多个用户同时提供低速数据中继服务。目前,我国已开启载人空间站建设工作,不久将转入长期运营阶段,中继卫星系统[1]是支持运营阶段的主要测控通信支持手段。由于中继卫星系统是为包括载人航天器、低轨卫星等众多目标服务的公共服务系统,其星上可配置的宽带中继资源[2]、窄带中继资源有限,而空间站长期在轨运营既有高实时、高可靠的测控通信要求,又有大带宽的载荷数据传输要求。如何合理使用中继卫星系统的各类单址、多址资源,不仅关系到对空间站本身的支持保障能力,而且关系到对其他低轨卫星的测控与数据中继支持能力。     

欧空局欲改变通信领域发展途径

□□为建立独立完善的航天体系,提高对航天器的轨道覆盖和测控能力,解决载人航天的实时通信,以及增强中低轨道对地观测卫星的应用效果及效率,欧空局和日本紧随美国和俄罗斯,积极发展自己的跟踪与数据中继卫星系统。经过10多年的努力,日本于2002年9月13日发射了它的第1颗“数据中继试验卫星”(DRTS-1),为其先进地球观测卫星-2(ADEOS-2)提供数据中继服务。而欧空局虽然早于日本在2001年7月12日发射了“阿蒂米斯”(Artemis)数据中继卫星,但却因阿里安-5火箭上面级发生故障将其置入了一条错误的椭圆轨道。经过欧空局地面控制中心18个月的挽…     

在轨地球同步卫星自主工程测控研究

地球同步卫星在轨工程测控任务通常由地面测控系统完成. 随着技术水平的发展, 如果在轨地球同步卫星能够实现自主工程测控, 将大大减轻地面测控系统负担, 提高卫星独自生存能力, 降低系统运行成本, 并将成为卫星测控技术新的发展方向. 本文提出卫星自主在轨测控方案, 研究了当前地球同步卫星在轨工程测控的主要项目及实现算法. 对其进行的可行性分析表明, 尽管受到轨道测量能力的制约, 在轨地球同步卫星仍可实现完全或地面有限参与情况下的自主工程测控. 在此基础上, 设计了一种地球同步在轨卫星完全自主工程测控的原理方案, 通过分析其技术难点及存在的风险, 提出应对措施. 研究结果表明, 基于目前卫星制造水平和成熟的在轨测控技术, 实现在轨地球同步卫星自主工程测控技术可行, 其是解决卫星数量急剧增加与地面测控能力有限这一突出矛盾的有效途径.      

战场上的千里眼（下）——美国军用卫星

“跟踪与数据中继”卫星（TDRS）是一种军民两用通信卫星，用于转发地面站对低，中轨道航天器的跟踪测控信号和中继从航天器发回地面的信息。美国从20世纪80年代初开始部署TDRS系统，到90年代中期才完成系统配置，建成完全实用系统。美国的TDRS到目前一共发展了两代，第一代共7颗卫星，第二代共3颗卫星。     

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.      

Update on Fengyun Meteorological Satellite Program and Development

China began to develop its meteorological satellite program since 1969. With 50-years' growing, there are 17 Fengyun (FY) meteorological satellites launched successfully. At present, seven of them are in orbit to provide the operational service, including three polar orbiting meteorological satellites and four geostationary meteorological satellites. Since last COSPAR report, no new Fengyun satellite has been launched. The information of the on-orbit FY-2 series, FY-3 series, and FY-4 series has been updated. FY-3D and FY-2H satellites accomplished the commission test and transitioned into operation in 2018. FY-2E satellite completed its service to decommission in 2019. The web-based users and Direct Broadcasting (DB) users keep growing worldwide to require the Fengyun satellite data and products. A new Mobile Application Service has been launched to Fengyun users based on the cloud technology in 2018. In this report, the international and regional co-operations to facilitate the Fengyun user community have been addressed especially. To strengthen the data service in the Belt and Road countries, the Emergency Support Mechanism of Fengyun satellite (FY_ESM) has been established since 2018. Meanwhile, a Recalibrating 30-years' archived Fengyun satellite data project has been founded since 2018. This project targets to generate the Fundamental Climate Data Record (FCDR) as a space agency response to the Global Climate Observation System (GCOS). At last, the future Fengyun program up to 2025 has been introduced as well.      

一种星载GPS接收天线

根据星载 GPS接收天线的主要技术要求 ,给出了谐振式四臂螺旋天线用于星载 GPS天线的设计思路与设计过程 ,并给出了最后的测试结果。结果表明 :该天线具有十分优良的圆对称半球波束特性、良好的广角圆极化特性和优良的阻抗匹配 ,结构紧凑 ,集成度高 ,并通过了环境鉴定试验 ,为星载 GPS应用提供了一种性能优良的天线     

基于GNSS的高轨卫星定位技术研究

利用全球卫星导航系统(GNSS)进行导航定位具有全球、全天候、实时和高精度的优点,应用于高地球轨道(HEO)卫星的定位,能够提供精确的轨道和姿态确定,并且可以克服目前主要利用地面测控系统对HEO卫星进行定位的设备复杂、投资高等缺点,使得自主导航成为可能.本文对利用GNSS的高轨卫星定位相关技术进行了研究,分析了单一GNSS系统和多个GNSS组合系统的卫星可见性、动态性和几何精度因子(GDOP).通过仿真分析表明,利用组合GNSS系统并通过提高GNSS接收机灵敏度的方法,可以解决GNSS进行HEO卫星定位的相关问题,并能保证HEO卫星定位精度的要求.      

非静止轨道卫星网络同频干扰的分析与仿真

由于非静止轨道卫星系统的增加,引起卫星网络间下行数传的同频干扰问题,针对非静止轨道卫星网络具有时变性的特点,给出了计算非静止轨道卫星网络同频干扰的思路和方法,对同频干扰进行了仿真,并分析了仿真结果,在此基础上实现了干扰过程的可视化,动态地描述出了仿真时段内不同时刻干扰链路的变化情况。     

基于北斗三号导航系统的卫星定位技术

对北斗三号体制下的传输链路、接收门限进行理论分析,得出捕获算法采用4次非相干累加,可以使捕获灵敏度达到-130 dBm,同时实现定位时间小于5 min的综合较优结果.接着以低轨太阳同步轨道卫星为例,利用STK建模进行全轨道周期仿真,结果显示全程收星数超过4颗,定位精度达到2.59 m,速度误差为0.00378 m/s....     

挠性卫星自适应姿态跟踪控制

具有较强变轨或姿态机动能力的卫星,在轨运行过程中其质量特性随着液体燃料的消耗而不断变化,卫星的惯量特性也随之变化,使卫星质量参数呈现不确知的特性。如何在惯量矩阵未知情况下实现挠性卫星的姿态跟踪控制是研究的重点。考虑目标姿态角速度可以时变的一般情形,设计了基于误差四元数的自适应姿态跟踪控制律,给出了稳定性证明。数学仿真结果表明该控制律能够在卫星转动惯量未知情况下,保证卫星本体姿态和跟踪目标姿态。