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。     

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。     

TDRSS双差分数据测轨方法研究

本文针对TDRSS(跟踪和数据中继卫星系统)的两颗中继卫星(地球赤道同步卫星)的双差分数据,给出了确定用户星(放跟踪航天器)轨道的一种方法。由于减小了中继卫星星历误差对用户星位置误差的影响,消除了中继卫星仪器误差,特别是完全消除了中继卫星、用户星和地面站问的任何时钟误差的影响,因此,对提高用户星测轨精度是十分有利的。     

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，该系统可在低轨迹这航天器与地面间连续传递数据（典型的可传便时间为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ＣＯＭＲＩＮ     

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:     

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。     

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。     

欧洲的第二代数据中继系统

根据下世纪初大致的用户情况,欧洲数据中继系统将进入第二代,提出了几种新的系统结构,并从空/地段组成及费用进行了比较。所考虑的主要用户包括在轨基础设施(即哥伦巴斯)及保障它的运载工具(即赫尔墨斯及其后续型号)、地球观测平台、微重力自由飞行器及科学卫星。未来的第二代数据中继卫星一般装备一部S波段多址天线,用于同低地球轨道(LEO)卫星进行低数据率通信;并装备若干个光学终端,用于同低轨道和同步轨道卫星进行高数据率通信。如果需要同其它第一代数据中继系统相兼容,则也许还要使用Ka波段天线。该系统有两颗或三颗数据中继卫星,使用一系列关键技术,如光学线路和星上处理,以及改进的系统结构,将会: ·提高业务的可用性,增大容量; ·提高对低轨用户航天器的覆盖范围,可完全消除对400公里高卫星的覆盖空白区(ZOE); ·借助用户单位安装的小型、廉价地球站可以更方便地接通中继卫星系统。     

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     

跟踪与数据中继卫星系统第二套地面终端站

在九十年代及后续的时间里,跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)第二套地面终端站(STGT)将为NASA天基网(SN)的用户提供高可用性指令和控制能力及更高级的服务。TDRSS这一天基网(SN)将是国际空间站和其它用户航天器及其地面支持部分的主要通信关口。STGT含有一套带备份的分布式计算机系统,对带备份的射频(RF)到基带的设备链进行组配与控制,以完成用户数据的透明传输、用户星的跟踪测轨和中继卫星(TDRS)的控制和监视。STGT与位于哥达德航天中心(GSFC)的NASA测控网控制中心(NCC)有接口,通过该接口对STGT进行自动调度和控制。STGT还备有一个TDRSS本地操控中心(TOCC2)和一套与国内通信卫星(DOMSAT)的接口设备。TOCC2用于本地监视和备份控制,接口设备用于数据分发。本文专门介绍STGT,并重点描述为用户航天器进行中继业务的各部分的配置及其监控情况。     

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。     

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     

自主机动条件下的实时定轨方法

中继卫星在跟踪自主机动用户目标时,由于机动轨道未知,需要利用中继卫星下传的星载GNSS(Global Navigations Satellite System,全球导航卫星系统)数据进行实时轨道确定与预报,为中继卫星跟踪提供实时的引导信息,以方便中继卫星快速捕获目标和连续稳定跟踪。针对该类用户目标的任务需求,讨论了基于星载GNSS数据自主机动条件下的实时定轨方法,建立了连续推力机动力学模型。以某一型号卫星的实测数据进行分析验证,并对轨道机动进行辨识,计算的机动加速度和机动时间与试验单位提供的结果一致。针对卫星不同机动情况,5min的观测数据定轨预报10min的弧段,最大位置误差小于8km,可以为中继卫星快速捕获提供高精度的引导信息。     

利用GPS射频多普勒确定低轨地球卫星的轨道

本文研究了使用这样一种GPS测量值——双差分GPS射频多普勒确定低轨地球卫星的轨道。该测量值很容易获得,而且不受时钟误差的影响,还可对用户卫星连续定轨。分析表明:使用18颗GPS卫星的星座和13个地面站,在两小时跟踪后,可使1300km高度用户星(TOPEX)的定轨精度达5cm。考察了使用少于13个地面站的影响,不同求解方法的影响以及引入虚假推力参数以减小重力模型误差(主要误差源之一)的影响。     

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。     

TDAS时代低地球轨道航天器的导航

九十年代将用跟踪数据采集系统(TDA5)取代现在的跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)。现在正在研究通过该TDAS为用户航天器提供测轨/测时功能的各种方案。TDRSS中所用的双向测距和多卜勒跟踪仍然是TDAS地基导航的一种方案,但本文集中讨论单向测距和多卜勒跟踪的方法,具体说是: (1)正向线路信标跟踪(FLBT)——在用户星上处理由TDAS卫星连续播发的独立的导航信号; (2)正向线路定期跟踪(FLST)——在用户星上处理从TDAS正向线路定期跟踪期间所接收的导航数据; (3)反向线路定期跟踪(RLST)——在地面处理从TDAS反向线路定期接收期间用户星所产生的导航数据。比较了每种方法的系统结构以及要求,给出了导航性能评价的初步结果。该性能是用户航天器轨道、TDAS星座结构和其它参数的函数。接着将这些结果与TDAS任务模型中的精度要求相比较。最后讨论了上述各种方案对TDAS和用户航天器的影响,并指出了需进一步研究的问题。     

TDRSS利用成批最小二乘法和序贯法测定陆地星-4轨道的精度评定

哥达德航天中心飞行动力学部委托应用技术联合公司在基于DOS个人计算机上开发实时定轨/增强型系统(RTOD/E),作成卫星轨道序贯测定法的样机系统。本文介绍了研究结果,即比较了TDRSS用户星——陆地星—4利用在个人计算机上运行的RTOD/E的定轨精度和利用在主机上运行的哥达德测轨系统(GTDS)正规成批最小二乘系统的精度。陆地星—4测轨结果将为地球观测系统(EOS)系列卫星提供很有用的经验。确定了1992年5月18日到24日的陆地星—4的星历表,这一段时间有密集的TDRSS对其的跟踪数据。期间发生了二次独立的调轨机动,一次是TDRS卫星(东TDRS),另一次是陆地星—4轨道微调机动。对成批法和序贯法得出的轨道解进行了多种独立的一致性检验(成批法是重迭比对,序贯法是协方差和一次测量残差)。陆地星前向滤波的RTOD/E轨道解与确定性的GTDS轨道解进行比较;当滤波器进入稳态后,两轨道解的差一般小于30米。     

中继卫星系统组网运行问题研究

随着我国中继卫星系统的不断建设与发展,如何完善系统的组网运行管理,构建一个高可靠性和高可用度的系统是摆在我们面前的重要课题。在对美国TDRSS(跟踪与数据中继卫星系统)的卫星在轨备份、轨道漂移、卫星共位、地面终端站配置以及系统总体性能等方面进行分析的基础上,总结出其组网运行的4个特点:空间段具有备份节点、备份星;地面段配置备份中心、备份站;系统具备2颗卫星共位能力;系统具备轨道漂移能力。结合我国中继卫星系统建设与发展实际,得出了以下几点启示:加快备份星和备份站的部署与建设;适时形成单节点多星的星群配置;增加支持卫星轨道漂移和共位的能力;增加大椭圆轨道卫星的部署。     

一种标定中继卫星SSA转发器距离零值的试验方法

中继卫星对用户航天器具有测距功能,中继卫星前/返向SSA(S频段单址)转发器时延引入的距离零值对用户航天器测距数据系统误差的贡献不容忽视。针对中继卫星SSA转发器距离零值不易直接测量的问题,给出了一种标定距离零值的O-C试验方法,并根据连续多天实测的中继卫星多站测距数据和中继卫星对固定模拟测试站四程测距数据标定了2颗中继卫星S频段单址转发器的距离零值,验证了试验方法的有效性。标定结果进一步分离了中继卫星对用户航天器四程测距数据的系统误差,对提高用户航天器定轨精度具有积极意义。     

“全球星”系统又添新星

4月24日,波音公司的“德尔它-2”运载火箭从卡纳维拉尔角发射场升空,将欧洲制造的4颗“全球星”电话中继卫星送入高1240千米、倾角51.9°的太空轨道,此后卫星携带的变轨推进系统将使卫星进入预定的低地轨道.此次发射使“全球星”系统的入轨卫星数量增加到8颗.“全球星”系统是由56颗卫星组成的星座,按计划于1999年全部发射入轨,从而能够向全球提供移动