跟踪与数据中继卫星系统的现状和发展

跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）是20世纪航天测控通信技术的重大突破。其“天基”设计思想，从根本上解决了测控、通信的重大突破。其“天基”设计思想，从根本上解决了测控、通信的高覆盖率问题，同时还解决了高速数传和多目标测控通信等技术难题，并具有很高的经济效益。TDRSS系统使航天测控通信技术发生了革命性的变化，目前还在继续向前发展，不断地拓宽自己的应用领域。现在，美国与俄罗斯两国的跟踪与数据中继卫星系统均已进入应用阶段，正在发展后续系统；欧空局和日本在这类卫星的发展中采用了新的思路和技术途径。本文主要介绍这些国家跟踪与数据中继卫星系统的现状和发展，并据此对我国正在研究的跟踪与数据卫星系统提出一些建议。     

欧洲数据中继卫星系统的未来发展

1989年，欧空局（ESA）制定了分两步走的数据中继卫星发展计划．即“数据中继和技术任务”（DRTM）计划。DRTM包括两部分：“高级中继和技术任务”（Artemis．简称阿蒂米斯）和“数据中继卫星”（DRS）。2001年7月12日，阿蒂米斯卫星发射升空。     

卫星遥感数据链路设计

介绍了卫星遥感数传系统的组成及影响数传系统误码特性的主要因素，讨论了遥感卫星数传通道发射功率计算的方法和有关参数的选择，给出了我国某资源卫星以及法国的SPOT卫星、加拿大雷达卫星和欧空局“ERS-1”卫星的数传通道下行链路的分析结果。     

SQPSK调制体制在跟踪与数据中继卫星中的应用

跟踪与数据中继卫星中调制体制的选择是近年来数传领域研究的方向之一。文中分析了SQPSK调制体制基本原理和性能特点,在此基础上进一步分析其在卫星高速数传通信领域的主要优点,并介绍SQPSK调制体制在卫星高速数传领域中的实际工程应用。     

卫星遥感多路数据传输合路方案研究

在遥感卫星的数传系统中,采用虚拟信道方式对多路遥感数据进行数传合路,形成标准帧格式信息流以适合空间物理信道传输。针对缓存容量受限的条件,提出了两种数传合路方案:第一种方案是将全部虚拟信道同时数传合路到I帧和Q帧;第二种方案是将其中一半虚拟信道数传合路到I帧,将另外一半虚拟信道数传合路到Q帧。采用仿真技术对两种数传合路方案的缓存容量需求进行了动态分析,结果表明:采用第二种方案时缓存容量需求更低,只须采用地址空间深度为8K的缓存器即可满足数传合路处理需求。第二种数传合路方案已应用到某卫星工程项目的数传系统产品中,通过了地面测试、试验以及在轨飞行验证。文章提出的技术途径可为后续航天器更多种类遥感数据的数传合路设计提供参考。     

萨里卫星技术公司通过NovaSAR—S重新定义雷达成像的成本

据报道：小卫星制造商萨里技术有限公司（SSTL）宣布已完成新型低成本合成孔径雷达（SAR）卫星系统（NovaSAR-S）的研发。该卫星系统可在任何条件下为客户提供对地任一地点的覆盖，能穿过云层进行昼夜观测。NovaSAR—S的质量400kg，采用了SSTL公司经飞行验证的SSTL-300平台和一个创新型的s波段SAR载荷。该卫星由SSTL公司与阿斯特里姆公司联合研发，后者负责提供有效载荷。     

机载雷达的多个分辨率信号处理技术

合成孔径雷达（SAR）利用通过时间积累和自身的运动所获得的很高空间分辨率，可以降低某一给定分辨单元中的背景杂波功率，从而探测出非运动目标。而地面动目标显示（GMTI）雷达为了探测则采用低得多的分辨处理，利用的是实际孔径与动目标和杂波之间的空．时响应的相对差别。因此，SAR和GMTI代表了两种不同的时间处理分辨尺度，它们对探测固定（在SAR情况下）或者外围杂波中的（在GMTI情况下）目标来说是最佳的，并已经单独验证过，能够很好地工作。基于机载雷达数据处理的这种多个分辨率说明，就有可能研究出一种探测技术，该技术将着手优化信号处理分辨尺度（比如时间积累的长度）来与所关注目标的动态情况相匹配。本文研究怎样利用长相参处理时间间隔（CPI）的信号处理技术来改善GMTI雷达的探测性能。     

“高分一号”卫星遥感成像特性

“高分一号”（GF-1）卫星是中国高分辨率对地观测系统重大专项的首发星。为保证广大用户更好地应用该卫星数据,文章从卫星轨道特性、观测与接收、成像几何特性、时间特性等方面,论述了该卫星的区域连片覆盖、谱段时相对齐和辅助数据应用的结果。给出了 GF-1卫星构像方程所需要成像时刻、GPS 定位、星敏定姿数据的插值实例,基于卫星设计角度阐述了面向应用的 GF-1卫星遥感成像及处理特性。     

一种改进的BAQ算法仿真及分析

在实际应用中,合成孔径雷达（ SAR）的回波数据中往往含有饱和数据。针对传统分块自适应（ BAQ）算法处理含有饱和成分的数据时存在较大误差的不足,在对SAR实际回波数据分析的基础上,文章对传统BAQ算法进行了改进,并将改进的BAQ算法应用于SAR信号处理系统中。仿真结果表明：对于含有饱和数据的原始回波数据,改进的BAQ算法比传统BAQ算法具有更好的性能,且该算法易于实现,可很好地压缩处理含有饱和成分的SAR回波数据。     

低轨小椭圆轨道S频段SAR卫星姿态导引方法研究

国内外针对S频段SAR卫星姿态导引研究较少，在考虑轨道偏心率和系统天线指向误差情况下尚无明确的导引策略。基于合成孔径雷达（SAR）成像模型及椭圆轨道动力学理论，引入椭圆轨道的径向速度和法向速度分量，推导得到了椭圆轨道任意位置上多普勒中心频率的新的数学表达及分量分解。提出了面向低轨小偏心率轨道S频段合成孔径雷达（SAR）卫星的偏航导引、二维姿态导引方法以及采取不同轨道模型时的简化实现，分析得到了不同补偿方法的补偿效果以及天线指向精度对补偿效果的影响。根据仿真结果，结合卫星工程实现和地面成像处理难度，提出了以偏航导引为主，二维导引为辅的姿态导引策略，对低轨小椭圆轨道S频段SAR卫星姿态导引设计具有指导意义。     

基于时间误差补偿的HJ-1C卫星几何定位改进

利用距离多普勒算法对 HJ-1C（“环境一号”C）卫星图像进行定位,其初始定位精度为1100~1400m,不能很好地满足实际应用的需要。进一步分析后发现,HJ-1C卫星图像几何定位误差主要分布在方位向,通过对影响HJ-1C卫星几何定位精度的因素进行分析,得出合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar, SAR）时间误差是影响几何定位的关键因素,因此文章提出通过时间误差补偿提高HJ-1C卫星几何定位精度。该方法首先计算SAR时间误差,然后对SAR载荷时间进行补偿,最后利用距离多普勒算法进行定位,并对HJ-1C卫星图像进行了验证。结果表明,HJ-1C卫星定位精度提高到300m左右,得到了有效的改进。     

欧洲对地观测计划面临严重经费短缺

据美国航天新闻网2010年6月29日报道，欧洲政府和工业部门的官员称，欧洲基于“全球环境与安全监视”（GMES）卫星的对地观测计划估计面临6亿美元的资金缺口，这是继续完成卫星制造，保证2011—2014年用户数据连续性必需的。但随着欧洲主权债务危机不断恶化，     

小卫星高分辨率成像系统

对小卫星对地观测高分辨率成像系统进行了综述。介绍了国内外有极高分辨率（0．5～1．0m）、高分辨率（1．8～2．5m）和中高分辨率（4-10m）小卫星光学成像系统的性能,并与合成孔径雷达（SAR）成像系统进行了比较。给出了小卫星光学成像系统、SAR高分辨率成像系统和卫星平台的关键技术。讨论了未来小卫星及其高分辨率成像系统技术的发展趋势。     

星载合成孔径雷达目标定位研究

系统和深入地研究了星载合成孔径雷达（SAR）对地面目标的定位问题，详细阐述了利用卫星历表和雷达回波数据的距-多普勒参数对目标定位的方法，并用解析法推导出目标相对于星下点位置的计算公式，以及目标的地球经纬坐标公式，并且明确地给出了目标位置的计算程序。在此基础上还完成了关于地面目标定位误差的较完整的分析，导出了一套相应的计算公式，解决了文献中的一些遗留问题。     

合成孔径雷达卫星地基侦察建模与仿真

对合成孔径雷达（SAR）卫星的侦察可以为合成孔径雷达电子战提供有力的支援。在地基侦收站跟踪侦察SAR卫星的背景下,建立了SAR卫星地基侦察模型,该模型利用真实卫星的天线参数及轨道参数,在空间几何模型基础上,获得不同工作模式下方位向的天线增益,并采用插值算法进行处理获得距离向天线增益,通过仿真分析SAR卫星地基侦察信号,为SAR卫星参数估计及工作模式识别等研究奠定了基础。     

区域覆盖混合星座设计

针对我国邻海海上运动目标探测的需求,提出一种由多种类型卫星构成的区域覆盖混合星座系统方案。选择了合适的轨道类型,利用轨道动力学特性保持不同高度卫星构成的星座的构形;提出了星座配置方案,确定了不同类型卫星的协同工作方式和顺序等;在此基础上给出了轨道设计方法。最后设计了一个由海洋监视卫星簇、光学成像卫星和SAR卫星组成的星座。仿真表明,该星座能够实现预定的设计目标,保持一定的空间和时间关系对给定地区进行一定时间间隔的重访。     

低轨遥感卫星Ka频段星地数据传输效能研究

空间分辨率的大幅提高导致了低轨遥感卫星产生海量遥感数据,致使现有X频段星地数传通道压力急剧增加。针对此问题,文章分析了采用Ka频段进行星地海量数据传输的必要性。为了综合衡量数据传输性能,合理利用地面站资源,提出遥感卫星传输效能因子指标,依据此指标,对地面站的利用方案进行了优化设计。理论分析与仿真试验结果表明:采用Ka频段传输,在传输速率达到目前X频段最高速率3倍时,典型地面站的链路可用率达到95%以上,显著提高了数传系统的综合传输效能。     

基于MIMO技术的卫星高速数据传输系统研究

多输入多输出（MIMO）系统作为提高频谱效率的一种有效方式,已经成为未来无线通信系统实现高速可靠数据传输的突破性技术之一,受到国际众多研究机构的普遍关注。文章通过研究MIMO信道模型、信道容量、卫星信道特征,构建了全新高速数传系统模型,解决了卫星大容量数据实时传输和频带限制之间的矛盾。     

欧洲航天局希望投资欧洲数据中继卫星系统的建设

据美国spaceflightnow网站2010年1月22日报道，欧洲航天局希望确定一项数据中继卫星系统的议案，确保2010年有足够资金建造这个网络。欧洲数据中继卫星网络包括两个安装在商业卫星上的通信有效载荷和至少一颗专用卫星。这些卫星平台将在地球同步轨道上飞行，几乎能对全球进行覆盖。欧洲数据中继卫星的第一个用户将是“全球环境与安全监视”（GMES）计划，     

面向有效载荷的准实时在轨健康评估系统

卫星遥测数据通常有2种手段获得，一种是卫星经过地面测控站下传的实时遥测和延时遥测;另一种手段是通过数传分系统下传的全球遥测。全球遥测作为监视卫星载荷健康状态的主要手段，存在数据量大、文件数量较多、人工处理和判读工作量大等问题。针对该情况，提出准实时在轨健康监视系统的设计方案。该系统具备遥测源码定时获取、有效载荷遥测数据提取和解析、遥测数据存储、遥测数据自动判读和特征统计、超限报警、曲线显示和数据输出等功能，可对卫星有效载荷的健康状态进行准实时、自动化的监视和评估。