中继卫星系统按需接入业务应用模式研究

DAS(按需接入业务)作为一种新兴业务,不但扩展了美国TDRSS(跟踪与数据中继卫星系统)的多址返向能力,而且还采用模块化的体系结构,为未来的空间网络互联提供了支撑。根据规划,我国未来的中继卫星系统也将提供按需接入业务。因此,在简要介绍TDRSS DAS概念与体系结构,并对其用户分类、返向波束工作方式、典型操作场景、服务模式进行分析的基础上,总结出6种DAS应用模式:1)航天器用户+随机接入+动态波束跟踪方式+任意TDRS或全TDRS服务模式;2)航天器用户+非随机接入+动态波束跟踪方式+特定TDRS服务模式;3)航天器用户+非随机接入+动态波束跟踪方式+任意TDRS或全TDRS服务模式;4)非航天器用户+随机接入+静态波束组合方式+特定TDRS服务模式;5)非航天器用户+随机接入+动态波束跟踪方式+任意TDRS或全TDRS服务模式;6)非航天器用户+非随机接入+动态波束跟踪方式+特定TDRS服务模式,以期能对我国未来中继卫星系统S频段多址业务的应用提供技术支撑。     

中继卫星S频段多址系统应用服务模式

通过深入分析TDRSS(Tracking and Data Relay Satellite System,跟踪与数据中继卫星系统)多址业务的主要能力、业务类型以及服务对象,概括总结出了TDRSS多址业务的2种应用服务模式,即周计划模式和按需接入模式。在此基础之上,设计了我国中继卫星SMA(S-band Multiple Access,S频段多址系统)的预分配服务模式、周计划服务模式和按需接入服务模式等3种应用服务模式。针对这些,建议:低速测控及数传需求的用户平台在安装S频段中继终端时,考虑兼容S频段单址和多址业务;用户中心S频段低速测控及数传服务尽可能使用SMA;用户在单独使用返向SMA资源时,必须确保中继终端处于开机状态,并指向中继卫星。     

MC-CDMA应用于TDRSS多址业务的关键技术研究

传统TDRSS的多址业务采用单载波CDMA扩频方式，数据传输速率和频带利用率低，设备复杂。本文提出采用MC—CDMA方式代替现有的单载波CDMA方式，结合TDRSS的应用环境对MC—CDMA上下行链路的结构进行分析，并对扩频序列设计、信道估计和系统同步三方面的关键技术问题提出解决方法。采用MC—CDMA可以大大提高现有TDRSS多址业务的数据传输速率，频带利用率提高一倍，设备简单，在未来的航天通信中具有重要的现实意义。     

MC-CDMA在TDRSS系统SMA业务中的应用研究

针对传统跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)中S波段多址(SMA)业务直接序列扩频码分多址(DS-CDMA)的缺点,提出采用多载波码分多址(MC-CDMA)进行替代的调制解调方案,对其系统结构和在TDRSS中应用需解决的关键技术问题进行了分析。MC-CDMA具有数据传输速率和频带利用率高,发送和接收设备简单等优点,在载人航天通信中具有十分重要的应用价值。     

美国小卫星利用天基测控系统的研究

由于对地观测小卫星和遥感小卫星的数据量很大,迫切希望能利用中继卫星向地面传送数据。为此,美国宇航局积极开展了小卫星利用中继卫星系统的研究,不仅进行了可行性论证,而且专为小卫星研制了第四代用户应答机和需分多址技术。为了满足未来数量日益增多的小卫星的需要,还提出了扩展TDRSS系统方案。     

MC-CDMA应用于TDRSS多址业务的关键技术研究

传统TDRSS的多址业务采用单载波CDMA扩频方式,数据传输速率和频带利用率低,设备复杂。采用MC-CDMA方式代替现有的单载波CDMA方式,并结合TDRSS的应用环境对MC-CDMA上下行链路的结构进行分析,探讨了扩频序列设计、信道估计和系统同步等方面有关关键技术问题的解决方法。     

TDRSS、USB系统兼容星载应答机的一种实现方案

基于我国航天器地基测控网的现状和未来中继卫星系统天基测控网的需要，提出了兼容TDRSS系统的USB系统的星载应答机设计方案和主要技术指标，为TDRSS系统用户应答机研制工作提供参考。     

TDRSS系统S波段双模式用户应答机

概述了国外TDRSS系统S波段双模式用户应答机的发展概况，介绍了它的设计特点、工作原理、关键技术及发展方向，可供开展TDRSS系统用户应答机研制工作参考。     

8PSK TCM调制在TDRSS信道中的性能

随着NASA局走向21世纪,新的航天计划,例如国际空间站、载人火星飞行计划和新的陆地星计划逐步展开,对TDRSS的数传要求很可能超出现有带宽。按NASA资助合同NAG5—1491,新墨西哥州大学(NMSU)空间遥测和通信系统的小Manual Lujan中心正在研究提高TDRSS数传容量的技术。这些技术包括利用高带宽效率调制格式来提高TDRSS转发器的数传     

TDRSS双差分数据测轨的单位矢量法

本文根据人造卫星测轨的单位矢量法基本原理,利用跟踪和数据中继卫星系统(TDRSS)的两颗中继卫星双差分数据,给出了一种独立测定用户星轨道的新方法。     

高级中继卫星系统计划概述

本文简要介绍了天基网从目前的跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)结构发展成21世纪初的高级跟踪与数据中继卫星系统(ATDRSS)结构的情况。 TDRSS及其白沙地面终端(WSGT),是整个NASA局天基网的重要组成部分,在90年代将继续发展。这一发展的中心内容是建造第二个TDRSS地面终端站,改造老白沙地面终端以及90年代末必须投入运行的目前TDRSS的后续系统ATDRSS。 已提出了多种ATDRSS结构方案,并进行了一系列技术综合评审。评审结果,找出了未来ATDRSS基本结构的关键所在,并研究出几种向ATDRSS天基网过渡的初步方案。     

航天器利用跟踪与数据中继卫星系统导航的评述

NASA将利用跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)对地球卫星进行跟踪和通信。本文评述了利用TDRSS为航天器导航的能力。用加权最小二乘批处理技术拟合跟踪测量值,得到东TDRS卫星和几个用户航天器的轨道解。所研究的用户航天器有太阳峰年卫星(SMM),陆地卫星-5,地球辐射预算卫星(ERBS)和太阳散逸层探测器(SME)。以相继轨道解的一致性作为度量,评定了东TDRS卫星的轨道精度。将TDRSS跟踪获得的用户航天器轨道与同一时间由地面跟踪获得的结果进行比较,确定了用户航天器的轨道精度。研究了跟踪测量值特性和摄动力模型计算对轨道解的影响。介绍了东TDRS卫星和用户航天器的轨道确定结果,对这些结果进行的分析和评价以及由此得出的一些重要结论。     

开发TDRSS对政府和商业运载火箭的全球覆盖能力

NASA天基通信网—TDRSS可为哈勃太空望远镜、Compton天文台、TOPEX以及航天飞机等多种低轨道飞行航天器提供跟踪和通信服务。当前NASA正集中研究采用最经济的办法完成其各项航天任务,这就促使它加倍努力,寻求从其TDRSS独特资源获得更大价值的一切可能性。现已证明利用3颗地球同步卫星加上高增益S波段跟踪天线能为一次性运载火箭(ELV)的发射阶段提供近全球覆盖能力。 运载火箭在上升和级间分离期间,由TDRSS提供遥测覆盖要比利用高级靶场测量飞机(ARIA)或多个航区站费用低得多。 TDRSS可望承担各类运载火箭的发射服务,其中包括德尔它、大力神/顶上级、飞马座、民兵、改进型火箭(EELV)和海射火箭以及国外运载火箭。对于装有相应转发器的顶上级,可以覆盖到转移轨道段。还在研究利用TDRSS波段前向链路传递靶场安全指令,从而还可能得到明显的经济效益。 本文详细介绍TDRSS为大力神/半人马座和阿特拉斯/半人马座发射提供通信保障所获得的经验,并叙述为各种运载火箭发射服务的余量、发射机和天线特性以及费用和前景。     

航天器TDRSS中继终端入网验证初探

针对国内外航天系统的现状,介绍了NASA航天器TDRSS系统的应用情况和中继终端入网验证技术。在此基础上,面向航天器测控的发展方向,从综合利用中继终端入网验证设施、分析中继终端入网验证流程和管理体制方面,探讨了未来我国航天器TDRSS中继终端入网验证的设想。     

TDRS星运行后的GSFC测控网操作

自第一个航天器飞入空间以来,哥达德航天中心(GSFC)一直在为其数据采集网的用户提供各种程度的支持。作为测控网发展计划的—部分,开发了 TDRSS 网(TN)以继续满足近地轨道先进航天器不断增长的通信和定软要求。网中各组成部分作了大范围的变更,这些变更的实施、纽装和测试阶段正接近完成,为1983年初开始发射 TDRS 系列星作好了准备。在宣布 TDRSS 可以全面支持所有用户之前,组装的最后阶段一定要在 TDRS 星入轨后,与 TDRSS 网的各实用组成部分一起进行全面的试验。TDRSS 网同以往测控网设计方案完全不同,它把网的商用部分和政府部分(即NASA 部分)组合起来成为一个高度自动化的端到端的系统。打算利用商用部分(即由一个中心地面终端监控的地球静止轨道的一系列卫星)来取代 NASA 现有的全球分布的地面站。NASA 部分(即政府部分)包括一系列的测控网设备,按照飞行任务支持型合同,为监控整个网提供特殊的勤务和服务。本文介绍了这种可以满足80年代和90年代初科学用户星要求的新型测控网。     

跟踪和数据中继卫星系统地面站的软件和数据自动处理装置

一简介跟踪和数据中继卫星系统(TDRSS)可以跟踪其它(用户)卫星并中继其数据。该系统的地面站可同时对K波段和S波段的19条正向(到用户星)和32条反向(来自用户星)的数据信道进行调制解调。中继卫星系统本身对数据是直通的,它与国家航空航天局之间直接传输同步信息流。四颗通信卫星都有这种数据信道,通过6个单址和3个多址天线进行。中继卫星系统每周7天、全天24小时都进行数据中继服务。用一个中继卫星的个别(井力)务最长可持续24小时;用3颗中继卫星,便可连续不断地为用户星服务。中继卫星系统地面站是一个自动化程度极高的通信电子设备的集合体。这种自动化是依赖于软件实现的,使用了一个庞大的计算机组合——9台DEC PDP11/70计算机和一台双处理机Univac 1110。该软件要完成三项主要功能:     

美国跟踪和数据中继卫星系统的成就

美国航空航天局的第一颗跟踪和数据中继卫星(TDRS-1)于1983年4月4日用航天飞机发射,经过对卫星本身及设在白沙的地面站进行全面测试后,于1984年底开始正式供用户部门使用。TDRS-2因挑战者号航天飞机失事而未能入轨,接着在1988年9月和1989年3月分别成功地将TDRS-3和TDRS-4发射入轨。于是,在1989年10月25日宣布由两颗工作星和一颗在轨备份星组成的基本TDRSS系统投入运转。1985年到1989年间,TDRSS已经为用户提供了150万分钟的通信,为航天飞机和陆地卫星等用户提供了高速率数据传输,为太阳散逸层探测器(SME)和地球辐射平衡观测卫星(ERBS)等用户提供了低速率数据传输。1985年以来,单单航天飞机和太空实验室的飞行已经采集了17万分钟的数据。 TDRSS系统的成功使NASA局能够按计划关闭许多全球布设的地面测控站,并从老的地面测控网逐步过渡到天基测控网,以保障近地轨道航天器的任务。已用TDRSS系统保障的航天任务演练了所有的基本测控业务,证实了系统方案的正确性,NASA局评价了TDRSS系统5年测控工作,并确定了两个参数以衡量系统传送用户遥控指令和遥测数据的能力。这两个参数是可用性和成功率。可用性是系统在每周7天,每天24小时内能满足任一个或所有用户航天器测控要求的准备程度。成功率是系统实际完成测控业务的能力,是实际提供的保障与预期安排的保障之比。     

TDRSS轨道确定方法的初步研究

本文针对TDRSS(跟踪和数据中继卫星系统)的中继卫星(地球赤道同步卫星)至用户星(被跟踪航天器)的测距、测速资料,给出了这种星-星跟踪定轨的条件方程。根据星-星跟踪定轨、星-星跟踪和星-地跟踪混合定轨的各种情况(是否同时确定中继卫星轨道,一颗或几颗中继卫星等),给出了不同的测轨流程和方法。为了进行仿真计算,本文针对TDRSS的具体情况,给出了生成仿真观测资料和相关数据的方法,分析了仿真计算的功能。初步的部分试算表明,星-星跟踪对提高我国用户星的测轨精度确实具有重要作用;努力提高地球赤道同步卫星(中继卫星)的测轨精度,可以大大简化TDRSS用户星的测轨流程,有利于用户星的轨道确定。     

高速数传中继系统返向链路脆弱性分析与电路级仿真

建立了美国TDRSS前向链路与返向星间链路信号模型，提出了TDRSS链路薄弱环节分析方法，对返向宽带数传星间链路的抗干扰能力进行了理论推导。建立了基于微波测量仪器的半物理仿真平台，该平台以物理设备为基础搭建仿真环境，利用数字模型连接各物理设备，通过修改参数可对高速数传中继系统星间链路的抗干扰能力进行电路级仿真。仿真结果表明，高速数传星间链路是TDRSS最薄弱的环节，当宽带阻塞式干扰、窄带瞄准式干扰信号到达TDRS卫星接收端的干信比分别达到-5．8dB、-8．8dB时，接收数据的比特误码率将达到10^-3,信号已经无法再使用。     

COMRING:一个适用于地球观测任务和空间站的小卫星数据中继系统

COMRING(通信环)是一种适用于低轨卫星的数据中继系统新设想,该系统可在低轨航天器与地面间连续传递数据(典型的可传输时间为80～100％)。该系统可提供连续的全球覆盖而无需大规模的地面站网和不可靠的星上数据记录仪。COMRING采用7～9颗小卫星(每颗重160kg)以等间隔配置在用户星同一轨道上,数据的中继经由星际链路完成。用户星可以是一颗遥感卫星或一颗军用侦察卫星。用于空间站的COMRING将置于更高的轨道上以减小大气阻力影响。COMRING的数据传输速率可高达150Mbps。Kayser-Threde拥有这一方案的专利,并已于1996年在为DARA所做的广泛研究中证明了它的可行性。初步的成本估计表明,中继每Mbyte数据的成本与TDRSS(跟踪数据与中继卫星系统)相当。然而,由于COMRING专用于单一用户,它比TDRSS的可利用率更高,因为TDRSS已达到了它的极限能力。