DARA就小卫星利用商业卫星通信系统传递数据的概念性研究结果

国家对航天计划的预算要求航天工程低成本和高效费比。德国航天局（ＤＡＲＡ）规定了一项指标，通过综合利用新概念来减少小卫星的开发和操作费用。ＤＡＲＡ提出一项研究课题，研究利用现有或即将建成的商业卫星通信系统来减少小卫星操作费用的替力，本文就介绍该项研究的成果。设想了多种数据传输方案，分析了低轨小卫星（科学）和下列通信卫星星座之间的几种方案：ａ）低轨通信卫星，即铱和全球星系统；ｂ）中轨卫星，即ＩＣＯ系统     

一种廉价的天基数据中继方法

美国国防部低轨卫星试验任务越来越需要不间断通信,使我们对地球同步数据中继业务更为关注。与额外再建造空军卫星控制网远方地面站相比,这可能是一种更经济的办法,而且可避免某一试验任务独占很多控制网资源。一种能近期试验天基数据中继系统的低费用解决办法是利用现有的两颗国防通信卫星Ⅲ号卫星,两个现有的超高频(SHF)地面终端站,以及被试卫星上的一个天线能自主指向的标准化小型终端。本文就来介绍这一系统。     

实现多任务低费用测控服务的探讨

降低航天任务费用，提高航天任务的效费比是多年来各航天大国研究的重点，低费用空间操作是其中的一个重要部分。NASA提出的“更小、更快、更廉、更好”，成为各国实施低费用航天计划的指导方针。在提高卫星操作的交通方面也出现了许多新的概念和思路，如“功能最小化原则”。在技术上，低费用小型化地面站更受到市场欢迎；大力提高星上自主能力已成为小卫星的重要发展方向；地面站的联网与互操作成为实施空间操作服务的必然结果；标准化的推进，面向用户的商业化运作模式和现代管理思想等所有这些措施都体现了以更低的费用提供高质量卫星操作服务的宗旨。本文较为全面地分析了可有效降低测控操作费用的技术途径，在此基础上结合我国的具体情况，提出了一些改进、提高我国测控系统多任务低费用测控服务能力的总体思路，为我国测控系统的长远发展规划提供一些参考意见。     

小型科学卫星的地面站

为使小型科学卫星计划的总费用保持低水平,必须尽量降低地面站操作和支持费用。不仅要求操作和支持本身低费用,还要求地面站硬件以及与卫星任务有关的软件的开发也如此。Rutherford Appleton实验室(RAL)最近在IRAS和AMPTE国际卫星工程的经验已证明利用国家小型设施可以实现低费用目标。本文介绍了RAL的设施以及研究软/硬系统模块化、可靠性和少量高水平专业操作人员的不同关系而降低成本的各种方法。     

卫星授时与时间传递技术进展

近年来,卫星导航技术发展迅速.卫星导航系统以精密时间测量技术为基础,实现了伪距测量,进而实现定位.同时,卫星导航系统还提供了高精度授时功能.综述了卫星导航系统的授时和时间频率传递技术、基于通信卫星的授时技术以及双向卫星时间频率传递(TWSTFT)技术等.随着我国北斗卫星导航系统(BDS)的建成和提供服务,BDS授时应用研究正在快速发展.基于BDS/GNSS多系统的精密单点定位(PPP)时间传递技术已成为重点研究方向,未来将会应用于国际时间比对.同时,随着卫星通信技术尤其是低轨通信卫星技术的快速发展,低轨通信卫星授时会成为一个有潜力的研究方向.     

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。     

基于非合作LEO卫星辅助GNSS联合定位技术CSCD

针对全球导航卫星系统(GNSS)在受挑战的环境中,出现导航卫星信号被干扰或遮挡,导致可见卫星数目无法满足定位最低要求的情况。利用低轨(LEO)卫星具有信号到达地面功率高、抗干扰能力强,以及在未来将进行大量部署的特点,可为GNSS的导航服务提供备份与补充。提出了基于非合作LEO卫星辅助GNSS联合定位算法,不同于现有的LEO/GNSS联合定位算法将低轨卫星简单地视为轨道降低的导航卫星,该算法以LEO为通信卫星,从非合作、非导航特性的实际情况出发,将LEO的多普勒与GNSS的伪距、多普勒相结合求解用户位置信息,并以ORBCOMM低轨通信卫星联合GPS为例进行了仿真实验,实验结果验证了算法的可行性与性能。     

小卫星的空间操作

CAT空间系统公司(原DSI)在80及90年代的“小卫星”计划中起了重要的作用。传统低轨卫星的设计、制造、发射及操作成本高,时间长。这些问题一直在激励人们去开发新的工艺、技术,以及低成本、毋需严格调整的卫星。这些卫星采用低功率“小卫星”通信设备(TDRSS用于NASA低轨星则要求大功率),通常搭载不需要大量冗余备价系统并且不需要大型地面设备和人员保障的有效载荷/实验设备。这种小型且适应性强的卫星还有研制周期非常短(通常1～2年)的特点。本文介绍了CTA空间系统(CTA/SS)在这些新计划中采用的几种方法和成功的有代表性的例子,并就如何减轻NASA越来越大的降低航天器及其操作成本方面的压力提出建议。重点是在任务操作的主控设施和各种用户终端(UT)中使用适应性强、功能足够、价格低廉的基于PC机的地面设备。这些系统以CTA/SS多种型号的用户终端成功地控制了20多颗USAF、USN、APPA卫星,从而使这些系统得到验证。这些用户终端经同步轨道卫星和低轨道卫星建立了链路,而且在边远地区自动担负起中继任务。由于用户可以很容易安装轻型天线(通常是用小功率马达、PC驱动的全向或螺旋型),低轨卫星的应用特别显示了这些方法的效能。几英尺长的同轴电缆与小型收发模块(小型PC机大小)相连,串行线与相应PC机相连,便     

自主监视卫星

一、引言本文叙述利用越来越高级的星上数字处理技术提高小卫星性能和可靠性的可能性。介绍了控制数据公司开发的一种结构,这种结构能满足各种用户需求,而且可靠性很高。灵巧卫星意指星上有相当多智能(处理能力)的小卫星。二、增大小卫星的能力小卫星有如下两项工作要求,不同于大卫星系统的操作: ①操作需自主②直接给用户提供数据这两要求又导致如下情况,小卫星可能是低地球轨道,因此过地面站的时间窗口很短。     

小型科学卫星的地面站

为使小型科学卫星计划的总费用保持低水平，必须尽量降低地面站操作和支持费用。不仅要求操作和支持本身低费用，还要求地面站硬件以及与卫星任务有关的软件的开发也如此。Ｒｕｔｈｅｒｆｏｒｄ Ａｐｐｌｅｔｏｎ实验室（ＲＡＬ）最近在ＩＲＡＳ和ＡＭＰＴＥ国际卫星工程的经验已证明利用国家小型设施可以实现低费用目标。本文介绍了ＲＡＬ的设施以及研究软／硬系统模块化、可靠性和少量高水平专业操作人员的不同关系而降低成本的各     

小卫星真能实用吗?

一、引言十多年来,萨里大学航天器工程研究部一直在为多载荷任务设计、建造并操作高级而廉价的微型卫星(UoSAT)。微电子学的发展和新的发射机会使小卫星的潜力发生了重大变革,通过其廉价、优良性能和快速反应的特点来弥补大型卫星计划;不仅为已建立的航天工业和部门服务,也可为那些以前无力从事航天计划的机构服务。 UoSAT与该大学附属的技术转让公司——萨里卫星技术有限公司(SSTL)一起已设计、建造并操作了5颗在轨微型卫星。本文介绍一下所取得的经验,以说明小卫星的应用前景。本文还将重点说明如何通过采用与传统航天工业常规方法不同的方案使廉价小卫星计划     

低轨星座/惯导紧组合导航技术研究CSCD

现有低轨(LEO)卫星导航研究主要以低轨星座独立导航定位和增强全球卫星导航系统(GNSS)导航定位为主,对低轨卫星和惯性导航系统(INS)组合导航技术研究较少。本文面向应用较小规模低轨星座资源实现米级定位精度的需求,提出了一种低轨星座/惯导紧组合导航方法,系统性地分析了不同规模低轨星座、不同精度级别惯导器件以及不同导航信号播发频度下组合导航定位的性能,并利用构建的仿真试验系统进行了低轨星座/惯导紧组合导航方法的仿真试验验证。试验结果表明,相较于低轨星座独立导航,低轨星座/惯导紧组合导航在星座不满足四重覆盖时仍能达到米级定位精度,并且在低轨星座规模较小和导航信号播发频度较低时,惯导测量精度对组合导航定位精度影响明显。研究结果表明,在利用低轨卫星进行导航时,通过引入惯性观测辅助低轨卫星导航,可有效提高导航效能和精度,为低轨星座和导航信号播发方式设计带来更多的选择。     

快星计划——小型科学载荷进入空间的捷径

在美国航天计划初期,科研工作者利用小型、廉价卫星系统能及时地进入空间,完成各种各样的科学实验。然而,近来由于高成本而且缺少发射机会的原因,大多数空间实验人员(无论是大学里的在校学者或者政府机构的研究人员)都无法参加实际航天飞行实验。本文介绍了一种小型、廉价、轻型、高性能卫星系统。该系统利用现代化的设计方法,能将各种科学实验设备送入空间,而其成本只是目前大型昂贵航天系统的十分之一。本文介绍了该类轻型卫星的系统设计,所用技术以及承载能力(质量、功率、指向、体积等)。作为整个小型卫星系统的一部分,我们还设计并建造了廉价、多用途可搬运地面站,以支持卫星的生产、测试、发射和在轨操作。最后,本文将描述样星的第一次飞行及其在轨性能。     

移动通信卫星系统展望

本文阐述了移动通信卫星系统的发展趋势,包括增强同步轨道卫星的功能,发展同步轨道卫星与非同步轨道卫星的组合系统,采用低轨道卫星系统,并对光学星间链路低轨道卫星系统的概念进行了简单介绍。     

用新技术支持未来航天任务

未来的航天任务操作将是什么样？未来航天任务将从目前开发的新技术中获得多少好处？从桌面个人计算机（ＰＣ）操作整个卫星、一个星座和一族卫星的可能性如何？本文就来探讨这些问题，作为对星上自主和Ｉｎｔｅｒｎｅｔ大型协议之类新技术将如何改变航天操作的前景预测。分析了“离岗”任务操作控制中心的设想及其在未来任务操作中的作用，介绍了从现有方案发展的类似情况，仔细研究了智能卫星的设想。这种智能卫星能监视自己运行状     

跟踪和数据中继卫星系统在欧洲的应用可能性

美国航空航天局(NASA)打算在1981年左右用两颗中继卫星组成的跟踪和数据中继卫星系统(TDRSS),取代美国用于跟踪低轨卫星并进行数据和指令传输的现有地面站网。除本国用户使用外,NASA还可将该系统提供给其它国家的用户使用。本文就美国采取了该措施后对欧洲产生何种影响进行了分析。根据欧洲在八十年代到九十年代间需要执行的任务,这里提出了两种可供选择的方案。在相同工作能力下,从费用以及其它方面,将欧洲中继卫星的两种方案与租用TDRS系统进行了比较。通过比较可看出,采用本文提出的欧洲中继卫星系统方案更有利一些。     

全球定位系统及其在航天器导航中的应用

洛克威尔国际公司为国防部研制的全球定位系统(GPS)的出现将开劈导航的新纪元。GPS用户可以以前所未有的高精度连续实时地在运载器上计算状态矢量(位置、速度和时间)。GPS卓越的性能为下列航天活动带来了很大好处,即航天器导航,卫星运送,实验定位,资源测绘,载荷部署和回收,推进剂节省,数据处理和航天任务规划。本文概述了GPS系统,介绍了一些确定低轨航天器GPS导航系统设计方案的用户系统参数,较详细地讨论了在航天飞机轨道器导航方面的具体应用,包括使用GPS系统能获得的预期好处。     

全球星系统48星星座的高效卫星控制

全球星股份有限公司正在开发的全球星系统将使用48颗低轨卫星(见图1,略)建立一个世界范围内的移动通讯系统,该系统符合副总统戈尔先生在全球信息基础设施方面的观点。作为一个由新公司开发的大型长期商业系统,全球星系统提供了一个绝好的机会去探索高效卫星指令控制的新方法。正在研究的设计方案和操作方案不受已有物理或组织结构的影响。该项目确实称得上是“白手起家”。 全球星系统的操作难度很大。显然,即使每颗星一天24小时仅安排一个人来监视和控制,对全球星系统来说也是开支不起的(需要200个工作人员)。即使对每颗星每圈只测控一次,数据获取也要每45秒启停一次。尽管各显基本相同,随着时间的推移,卫星将要显示出自己的“特点”,并要求不同的数据校正和不同级别的服务。 本文讨论了全球星系统的技术难点、目前的工程方案、系统设计决策,并阐述处理卫星、地面系统和操作小组的综合需求和相互关系的操作方案。系统吸取了过去任务中的经验教训,打破了组织机构上的壁障,系统各部分建立了合作关系,为星座的管理制定了新的操作方案。然后由操作方案导出控制中心的要求。 本文最后总结了这些工程方法和方案在将来不同等级卫星星座中的适用性。     

小卫星测控网的几种发展思路

根据小卫星的特点及现状,对小卫星测控网的发展提出了几种思路,客观地指出了各种测控体制的优缺点,初步阐述利用扩频技术解决小卫星测控中的多星测控和系统容量问题,探讨利用商业通信系统解决低轨低倾角小卫星的遥测遥控问题,初步分析小卫星任务中工程测控和业务测控的合分问题,为我国小卫星测控网的建设提供参考意见。     

地球静止卫星精密测定轨技术的现状及发展

介绍并分析了针对地球静止卫星的各种高精度测定轨跟踪技术.指出测距系统的校正误差是常规测距跟踪网定轨在沿迹方向和法向的主要误差源,为保证一致的卫星三维位置解算精度,应利用高分辨率的角度观测约束信息来有效地降低测距偏差对轨道确定的影响,或者利用天地基联合定轨的低轨卫星运动几何在轨道改进的同时精化测距偏差.