GEO通信卫星姿态对点波束天线指向影响分析

GEO(Geostationary Earth Orbit,地球静止轨道)通信卫星的姿态变化将直接导致星载点波束天线的指向发生偏移,从而改变点波束的覆盖区域,降低用户的通信质量。为此,建立姿态偏差角度与点波束天线指向的计算关系,为量化评估卫星姿态对点波束指向影响提供理论依据;进一步通过仿真直观展示了不同姿态偏差下点波束天线指向的变化情况,定性分析了其变化趋势。仿真表明:卫星存在俯仰和滚动姿态偏差时,点波束天线指向将分别发生东西和南北方向的偏移,卫星存在偏航姿态偏差时,点波束天线指向将绕星地连线发生转动。所建立的计算关系将卫星姿态变化与点波束通信相结合,使卫星姿态控制更加及时准确,显著增强了点波束通信的可靠性。     

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。     

日本的数据中继试验卫星系统(DRTSS)

日本国家航天开发局(NASDA)已经在1995年使用工程试验卫星(ETS)-Ⅵ进行了轨道间通信的基础实验。在ETS-Ⅵ实验的基础上,于1997年发射通信与广播工程试验卫星(COMETS)。继ETS-Ⅵ和COMETS之后,NASDA计划用两颗数据中继试验卫星(DRTS)进行高速率数传网络操作实验。DRTS预计于2000年前后由H—Ⅱ火箭发射升空。本次实验的目的是为地球观测和国际空间站等日本航天活动建立一个空地通信基础设施。本文介绍94到95年DRTSS概念研究的成果。     

机载卫星通信天线引导概率分析

针对某机载Ka频段卫星通信天线的使用环境,论述其天线角跟踪系统在捷联航姿设备引导下,天线主波束指向卫星目标位置的概率,分析影响天线角跟踪系统引导概率的主要因素,通过消减系统中大误差源保证了天线引导概率,通过扩展主波束指向空域提高了目标落入概率。计算数据和试验验证表明,给出的分析方法可行,设计策略有效。     

高精度星间基线测量方法探讨

针对小卫星分布式雷达星间基线测量的高精度需求,提出了无线电和激光组合测量方法。无线电测量既能引导激光测量系统,又能实现星间通信。该组合方法精度高,且符合星间测量、通信、时间频率同步一体化设计要求。     

子阵级应用延迟线对相控阵天线带宽改善的分析

采用频率无关移相器的相控阵天线的波束指向会随频率发生变化.实时延迟线是提高宽带相控阵天线指向精度的重要方法.分析了平面相控阵天线波束指向随频率改变而产生漂移的现象,理论分析和仿真结果均表明,当频率改变时,平面相控阵天线的波束指向仅在俯仰角面发生漂移,而在方位角的指向不变.详细讨论采用子阵分割技术,并在子阵级别用实时延迟线,单元内采用移相器的混合波束控制技术.结果表明,这种方法可以有效扩展相控阵天线的带宽.     

海上以星背景为座标系的轨道测量方法探讨

现在海上测飞行体轨道是由导航定位系统提供座标系的原点位置和三轴指向的,存在的问题是从惯导至经纬仪的基准方向传递设备在海上的标定校准不易解决。本文探讨测量系统采用弹道照相机测量的基本原理,由星背景提供座标轴的指向和分度校准,以降低对导航定位系统、基准传递系统和经纬仪指向的长期系统误差要求。本文讨论了星体的选择,包括星等的选择和位置的选择。以测量系统测星位置所得数值与星位置真值之差作为修正值,文章探讨了以此修正值修正实测弹道所用的付利叶分析和时间及空间两种回归计算方法。最后,给出了估算精度的方法。     

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。     

整星隔振技术的研究现状和发展

为了减小卫星发射时所承受的环境载荷,降低卫星及其设备的质量控制成本,提高卫星发射的可靠性,所以整星隔振技术得以研究和应用。整星隔振是在不改变卫星原结构前提下,重新设计具有隔振效能的适配器,或者在运载火箭和卫星之间引入隔振装置,隔离从星箭界面传递给卫星的轴向或侧向振动。详细介绍了近十年国外整星隔振技术的研究现状,并展望其今后的发展方向。     

跟踪和数据中继卫星系统的地面部分

简介跟踪和数据中继卫星系统(TDRSS)地西部分是一套高度复杂的自动通信设备,具有处理多种通信信号的能力,以满足许多用户卫星的各不相同的需求,它能同时满足28颗用户星提出的各种要求。本文补充前几篇文章,介绍了地面部分的功能及实现这些功能的硬设备。本文介绍了与本系统四颗中继卫星构成通信通道所需的七部天线。本文还介绍了正向     

用户星天线空间扫描策略

 天线空间扫描过程是建立中继卫星系统星间链路的关键阶段之一。首先分析比较了水平行扫、螺旋扫描和分行螺旋扫描策略,并根据分析结果,结合轨迹预处理算法,设计了一种变速分行螺旋扫描策略。然后采用蒙特卡罗仿真分析了用户星天线开环回扫指向精度,近似确定了天线空间扫描的范围。最后通过仿真比较等速分行螺旋扫描和变速分行螺旋扫描策略,并仿真了用户星天线捕获中继卫星的过程,通过仿真结果证明所设计的变速分行螺旋扫描具有一定的工程应用价值。     

中继卫星应用于航天发射的跟踪控制技术研究

围绕中继卫星应用于航天发射测控的跟踪控制技术,重点研究了对运载火箭的高精度指向控制计算方法,并通过对仿真发射弹道的模拟跟踪,完成了中继卫星星间天线对运载火箭高精度的跟踪指向控制计算。研究表明采用中继卫星系统可以完成对运载火箭的高精度指向跟踪任务,满足航天发射测控任务需求。     

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。     

中继卫星天线指向控制策略研究

首先根据中继卫星系统中中继卫星跟踪用户星的要求,定义了中继卫星天线坐标系,推导出了中继卫星天线对用户星的跟踪规律,通过该跟踪规律可以推出中继卫星跟踪用户星时天线方位和俯仰轴转角,为了保证中继卫星与用户星之间的通信,中继卫星单址天线需要精确的指向用户星;然后详细描述了天线指向控制概念,并且设计了星上自主控制方案,星上自主控制方案由捕获和自动跟踪模式组成,一方面设计了天线捕获过程,另一方面对自动跟踪模式的天线步进逻辑进行了合理选择;最后根据推导的跟踪规律,以不同轨道的用户星作为跟踪目标,对所设计的天线指向控制系统进行了数学仿真,并且通过对仿真结果的分析验证了中继卫星单址天线指向性能。     

编队飞行卫星群的测控方法探讨

针对编队飞行卫星群的特点,提出依靠地面测控站和主参考星间的测控(TT＆C)链路实现多星同时测控,对星载自主外测和星间通信两大重点技术进行了一定的探讨。     

中继卫星星间天线指向误差传播率研究

基于中继卫星星间天线对用户航天器的跟踪规律,建立了准确的误差传递模型,并对分析结果进行了仿真验证。文中首先定义了误差传递模型所需的各类坐标系;然后使用微分方法分别建立了中继卫星轨道误差传递模型、中继卫星姿态误差传递模型,分析了滚动角、俯仰角和偏航角与指向精度之间的关系,以及位置保持控制对指向精度的影响;最后借助于STK软件的轨道计算功能,使用蒙特卡罗方法进行数学仿真,仿真结果验证了误差传递模型的准确性。     

敏捷成像卫星多星密集任务调度方法

 面向应急观测需求,对敏捷成像卫星多星密集点目标观测任务调度问题进行研究。针对敏捷成像卫星观测特点,综合考虑卫星可观测时间窗口、任务间卫星姿态调整时间、卫星最长连续工作时间、星上存储容量、卫星能量等约束,建立多星任务调度模型。提出了一种改进的蚁群优化(ACO)算法对调度模型进行求解。该算法借鉴了蚁群系统(ACS)和最大最小蚂蚁系统(MMAS)的思想,结合调度相关约束设计寻优策略和信息素更新策略。引入任务优先级、最早及最晚可观测时间等因素来控制转移概率。仿真结果验证了模型和算法的有效性。     

一种在轨卫星星上事件状态展示的实现途径

传统的卫星监测显示系统主要以表格、曲线的方式对卫星下传的各类数据进行显示,即使有可视化显示软件,也主要偏重于飞行轨道和姿态运动的三维显示,很少能实时反映卫星星上部件的在轨运行状态。文章结合我国卫星监测技术与三维实时动态显示技术,设计了一种可用于显示卫星星上事件状态的可视化软件,通过对卫星设计阶段模型的导入,解析卫星结构,建立基于卫星重要设备或部件的可编辑的模型,以及与相关实时遥测参数的关联,实现卫星星上状态的可视化。     

分布式单星转发的定位测速模型及其应用

在城市峡谷中通过接收导航卫星信号以实现连续的定位与测速一直是卫星导航应用中的一个难题。针对此问题,借鉴卫星导航对抗中转发式欺骗干扰的定位控制基本原理,提出了通过分布式单星转发来解决城市峡谷中实现连续卫星导航的新方法,并构建了分布式单星转发的定位测速模型。在此基础上详细讨论了转发器天线对被遮挡卫星的指向跟踪、转发器相关参数的获取、转发器收发之间的有效隔离、直达信号与转发信号的同时利用等应用性问题。所提出方法的可行性得到了仿真试验的有效验证,从而为城市峡谷中的卫星导航应用提供了新的参考。     

中继卫星跟踪航空器的星间天线指向控制算法研究

针对中继卫星应用于航空飞行器类目标的跟踪,研究了中继卫星跟踪航空器的星间天线指向控制问题。在考虑中继卫星捕获跟踪系统工作特点和航空器飞行特点的基础上,完成了基于航空器预定航迹的中继卫星星间天线跟踪指向控制算法,通过采用分段拟合方法和有约束的最小二乘算法,实现了航空器跟踪弧段内星间天线稳定的高精度指向控制。进行了航空器某预定航迹的跟踪控制计算,仿真算例表明了该指向控制算法的有效性。