中继卫星系统测控传输体制的选择考虑

简述了数据中继卫星系统的主要任务、功能和工作特点，从卫星功率的有效利用、带宽的有效利用、较好的噪声性能几方面进行了中继卫星系统数据传输体制的讨论，并结合与国际常用数据中继卫星系纬数据传输体制接轨的要求，提出了我国数据中继卫星系统应选取的工作调制方式。文中比较了误码率一定的条件下BPSK、QPSK、MSK工作调制方式下的卫星功率的有效利用情况；结合由于数据中继卫星系统返向馈电铁路传输数据率大、频率资源有限所导致的对频带利用率的特殊要求，比较了BPSK、QPSK、8PSK、MSK等各种调制方式在中继卫星系统中的优缺点；在返向馈电铁路的噪声性能上对l／2卷积码率QPSK、2／3卷积码率QPSK、l／2卷积码率QPSK做了比较；介绍了其它国家中继星系统使用的调制体制。针对S频段与Ka频段前向、返向铁路数据传输的不同特点(如传输数据率的不同，传输带宽不同等)，建议提出了我国数据中继卫星系统所应采用的调制体制；同时，对中继卫星系统数据传输体制与目前我国的地基测控系统的兼容问题进行了初步考虑，提出了相应建议。     

天基前向遥控应用分析

与传统地基遥控相比,天基前向遥控具有更高的覆盖率,通过前向信道复用的分包遥控方式,可以同时对多个用户飞行器进行控制,对需要长时间实施遥控以及多目标同时遥控的航天任务具有优越性。但是,利用中继卫星前向链路和地面IP网共同构建的天基前向遥控链路存在节点多、时延大、可靠性低的问题。通过比较传统遥控和天基前向遥控的特点,针对用户目标轨道覆盖、功率关系、多段数据链路配合、时延及可靠性五个主要的应用问题进行归纳分析,指出天基前向遥控的特点和需要注意的问题,为天基前向遥控的设计及应用提供参考。     

中继卫星多址链路调度问题的约束规划模型及算法研究

中继卫星多址链路调度问题是中继卫星系统应用中必须解决的重要问题,其重要特点在于,中继卫星与用户航天器之间并非时时可见,因此通信任务存在可见时间窗口约束。只有在可见时间窗口内,通信任务才可能执行并完成。在进行合理假设的基础上,采用人工智能中的约束规划技术,建立中继卫星多址链路调度问题的约束规划模型,并提出了基于时间窗口期望值的多步迭代算法。应用结果表明,中继卫星多址链路调度模型的建立与求解是合理的。     

中继卫星多址链路调度问题的约束规划模型及算法研究

中继卫星多址链路调度问题是中继卫星系统应用中必须解决的重要问题，其重要特点在于，中继卫星与用户航天器之间并非时时可见，因此通信任务存在可见时间窗口约束。只有在可见时间窗口内，通信任务才可能执行并完成。在进行合理假设的基础上，采用人工智能中的约束规划技术，建立中继卫星多址链路调度问题的约束规划模型，并提出了基于时间窗口期望值的多步迭代算法。应用结果表明，中继卫星多址链路调度模型的建立与求解是合理的。     

Gardner位同步算法及其在中继卫星模拟器中的应用

在空间技术的发展中,中继卫星系统发挥着越来越重要的作用.中继卫星模拟器是指中继卫星的测控链路模拟设备,主要用于对所研制或生产的天基测控终端进行测试和校验,其研制具有重要的工程价值及实践意义.在中继卫星的前返向链路中,调制方式多,码率变化范围大,给位同步算法带来了挑战.位同步算法是接收链路处理的关键技术之一,其通过在最佳采样点进行采样和判决以恢复原始数据.论文研究了基于内插的Gardner位同步算法,设计了由插值滤波器、误差检测器、环路滤波器和插值控制器组成的位同步环路,从而计算出最佳采样点的位置,实现数字码元同步.论文通过仿真分析了该算法的性能,并在FPGA中进行实现验证.结果表明,所设计的Gardner位同步算法结构简单、易于实现,不仅支持100kbps-20Mbps的宽码速率变化范围,而且适用于BPSK、QPSK、OQPSK、UQPSK、QAM等常见的天基测控信号的接收处理,已经成功应用于航天一院卫星模拟器设备基带模块中.     

支持航天器全时监控的中继卫星全景波束技术

针对中低轨航天器监控全时全域覆盖的特点，提出一种采用中继卫星多址返向全景波束联合相扫前向波束支持航天器在轨全时监控的模式。对该模式涉及的全景波束技术进行了仿真分析比较。结果表明，选用数字波束形成技术和1.5 dB交叠的波束构型形成全景波束，设计新的短报文和连续业务数据传输协议，分别用于航天器自身健康信息汇报和常规管控，链路预算余量高于3 dB，单颗中继卫星可服务不少于1000个短报文用户。为下一步全景波束演示验证试验和工程应用提供了参考依据。     

高轨移动通信卫星系统支持低轨航天器测控应用研究

<正>随着商业航天的不断发展,在轨航天器数量大幅增加,这对航天器测控提出了更高的要求,呈现出管理航天器数量多、实时性要求高、测控资源调度响应快等特点。如果采用地基测控方式,则需要建设遍布全球、数量众多的地面测控站,不仅建设投资高,同时支持目标数量有限,且测控资源调度使用不灵活,并不能解决海量低轨航天器在轨测控资源缺乏的难题。如果采用基于中继卫星系统的天基测控方式,其多址能力有限,以美国“跟踪与数据中继卫星系统”(TDRSS)为例,单星最多形成6个返向波束和2个前向波束,很难满足大量低轨航天器随机接入和并行服务的需求。     

嫦娥四号着陆器定向中继链路指向及盲捕策略

嫦娥四号任务中,着陆器通过定向中继链路,向"鹊桥"中继卫星发送数传数据。为了实现窄波束定向天线对中继卫星的实时指向控制,制定了嫦娥四号中继任务的定向中继链路指向控制策略。同时,针对由于窄波束天线指向误差、着陆器着陆姿态误差以及故障情况下无法获知自身位置、姿态等问题而导致的中继链路丢失问题,制定了中继链路盲捕策略。文章论述了策略制定的依据、分析过程及实现流程,对此策略在嫦娥四号在轨任务中的实际应用和验证进行了总结。     

跟踪及数字中继卫星系统正反向通信链路的信号设计

系统介绍了跟踪及数字中继卫星系统（TDRSS）正反向通信链路的信号设计，根据具体的业务方式以及不同的数据组和数据模式，给出了信号表达式及系统设计要点。     

数据中继卫星系统的研制与分析

在简述数据中继卫星系统发展历史的基础上，论述了它的突出优点和相应的对用．户航天器的要求，重点剖析了研制中继卫星带来的共性难点和在总体设计上的特殊性，介绍了中国数据中继卫星的发展历程、应用范围，并对我国数据中继卫星的发展进行了展望。     

天基为主的空间站测控通信模式

空间站时代为测控(TT&C)通信系统带来保障时间更长、覆盖要求更高、数据传输能力更强、航天员在轨工作生活体验更好等新的挑战，结合中继卫星系统(TDRSS)、卫星导航系统等天基测控通信手段的能力特点，提出以天基手段为主的解决方案，采用多星多舱段接力模式，将航天员出舱等重大活动的测控通信覆盖率提升至接近100%，采用多星多目标工作模式，较好地保障各种交会对接模式，综合利用中继卫星S频段多址(SMA)链路连续业务、短报文业务和北斗短报文业务常态化保障空间站安全运行，应用天地一体网络化技术，为航天员在轨上网、天地通信和载荷实验数据传输提供优质服务。     

海事卫星系统在载人航天数据中继的应用

对海事卫星系统用于载人航天器数据中继的基本方法及可能性进行了讨论。从海事卫星系统的构成、链路能量和天线跟踪等方面论证了使用海事卫星系统中继载人航天数据的可能性。论述了工程实施中的关键技术和解决措施。提出了采用导频接收机来实施多普勒频移补偿的解决方案。最后认为使用海事卫星中继载人航天数据是可行的，可有效提高载人航天器的测控通信覆盖率。     

欧空局签发数据中继系统合同

阿斯特里姆服务公司和欧空局2011年10月4日宣布签订了"欧洲数据中继系统"(EDRS)研制与发射合同。该系统将利用两颗静地卫星上的高速光学链路来中继对地观测数据。经过近9个月谈判,欧空局同意向阿斯特里姆支付2.75亿欧元(3.66亿美元),作为欧空局在EDRS系统建设方面的出资份额。阿斯特里姆服务公司则同意为系统研制工作提     

低轨航天器中继测控终端固定宽波束天线覆盖研究

数据中继卫星运行在地球静止轨道,可作为低轨航天器在地面站视距外测控通信的数据中继接力。针对中继小型测控终端的需求,文章设计了两种不同的固定安装的宽波束中继终端天线,一种为简单锥形波束,另一种为赋形的复杂环锥形波束。结合低轨航天器不同倾角的轨道特性和终端天线不同的方向图类型,应用STK卫星仿真软件进行了不同组合的链路仿真分析,给出了不同轨道倾角的航天器与中继卫星长时间建立链路的最优天线方向图及其设计特性。链路仿真的参数包括总的建立链路时间、建立链路的次数及建立链路的区域等,仿真结果对于低轨中继终端的应用具有重要的指导意义。     

中继测控链路动态分析与计算方法研究

中继测控链路计算是进行中继测控链路性能分析的重要手段。就任意可视弧段而言,中继终端和中继卫星之间的相对位置都是不断变化的,这就引起部分链路参数随着时间和位置动态变化。文章提出了一种中继链路动态分析与计算的方法,建立了中继链路动态通信方程,最后以中继终端和天链一号01星某仿真可视弧段为例,进行了中继链路的动态分析与计算。结果表明,文章的链路计算与分析方法实际可行,对于中继终端实际工程应用和在轨试验具有参考价值。     

载人航天天基测控通信探析

梳理了国内外空间站天基测控通信应用的概况,针对近地载人航天对测控通信系统的高要求,分析提出中继卫星系统的发展建议,以及导航卫星和低轨卫星星座系统的特点优势。调整中继卫星轨位、增加中继激光链路、采用全景波束全时监控模式,以及导航卫星和低轨卫星星座作为必要补充等途径,可为载人航天测控通信提供更好的灵活性、可用性和效费比。为载人航天天基测控通信发展提供了参考依据。     

出舱通信系统的返向信号功率自动控制方法

出舱活动任务面临载人航天器同时与多名出舱航天员之间的数据交互需求,若采用传统的恒定发射功率无线通信模式,可能由于多名航天员舱外活动位置不同导致通信不均衡及互相干扰问题。为保证所有出舱航天员的通信链路稳定,提出一种功率自动控制方法,利用位于载人航天器内部的出舱通信处理器实时接收所有出舱航天员的返向信号,并分别对信干比进行评估,根据评估结果按照外环和内环两种方式进行航天员返向信号的功率控制,最终使出舱通信处理器接收到的所有航天员的返向信号信干比接近,保证与出舱航天员之间的正常通信。通过搭建试验平台对功率自动控制方法进行验证,结果表明:该方法可实现出舱通信处理器收到的所有返向信号的信干比接近,能解决远近效应问题,提升多人出舱通信链路的可靠性。     

面向差异化QoS保障的卫星返向链路资源分配策略

面向采用多频时分多址接入(MF-TDMA)体制的宽带卫星返向链路,提出了一种符合第2代数字视频广播-交互式卫星系统(DVB-RCS2)标准的差异化服务质量(QoS)资源分配策略,能够从用户优先级与业务类型区分QoS级别,为系统中的用户提供6类不同的QoS保障.基于资源分配策略设计了一种面向差异化QoS保障的返向链路资源分配算法,保障重点用户接入,并在系统资源不足时通过服务降级显著提升用户服务率.仿真结果验证了所提策略在用户与业务维度均能提供差异化的服务质量,可用于宽带卫星通信系统.     

和差通道相位差对差模跟踪接收机的影响分析

在数据中继卫星系统中,中低轨航天器常采用差模跟踪技术,完成对数据中继卫星的捕获跟踪,建立高速数据中继传输链路。文章根据某任务跟踪接收机实际设计参数,用Matlab／Simulink软件对和差通道相位差对跟踪性能的影响进行了仿真分析。     

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。