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。     

帮助提出NASA哥达德中心指令管理系统软件功能要求的专家系统样机

在NASA哥达德航天中心,指令管理系统(CMS)的作用是把航天器的操作要求转换成可向航天器上行发送的详细操作规划。该指令管理系统是NASA数据系统的一部分,而数据系统负责将NASA近地卫星的科学和工程数据下行发送到用户,并将指令数据上行发送到航天器。目前,要确定CMS软件设计的功能要求,得花一到三年的时间,每周开会一到二次。提出CMS软件功能要求的另一种方法是开发一个专家系统样机帮助完成这项工作。具体说,与领域专家相互切磋构成知识库,然后联系到一个现有的称为“知识工程系统”(1.3版)的专家系统应用产生器上。知识库的开发主要分四步:①开发面向问题的结构层次;②确定知识管理方法;③对知识库编码;④检验、测试、考核和评价知识库以及整个专家系统样机。通过当配角来检验这个专家系统样机,然后作专家系统样机的知识库精化、评价和实施。     

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。     

利用数据中继卫星确定卫星和运载火箭的轨道

利用数据中继卫星(DRS)获得低轨道用户航天器的距离和距离变化率测量值,与利用地面站获得这些测量值相比,具有明显的优越性。已经研究了利用DRS测量值,借助卡尔曼滤波法,估计低轨道用户航天器轨道的可行性,并且得出了明确的结论。对运载火箭上升段轨道估计问题也进行了研究,但至今还没有得出明确的结论。     

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。     

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。     

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。     

信标监视可减少地面与航天器的通信和相互作用

信标监视是这样一种设想：当航天器需要与地面相互作用时，为其提供通知地面的一种简单途径。历来，航天器必须向地面操作人员发送大量的系统状态数据，这就需要可靠的通信链路、冗长的数传时间和复杂的数据接收与检测设备。操作专家必须监视和分析这些数据，并确定何需与航天器进行进一步的相互作用。将来，许多航天器都有分析自身状态数据的智能，因而确定地面与航天器之间何时需进行相互作用的任务将转移给航天器。信标监视方案不     

中继卫星系统对用户航天器快速测定轨能力分析

针对快速交会对接方案提出的航天器两圈实现变轨的可行性,使用太阳活动平静期的用户航天器四程测距数据,并结合中继卫星观测模型设计磁暴期航天器仿真测距数据,使用动力学定轨方法进行计算分析,论证了中继卫星系统对用户航天器的快速测定轨能力,解算出的航天器轨道根数精度为快速交会对接机精度分析提供了参考。     

中继卫星系统对用户航天器快速测定轨能力分析简

针对快速交会对接方案提出的航天器两圈实现变轨的可行性,使用太阳活动平静期的用户航天器四程测距数据,并结合中继卫星观测模型设计磁暴期航天器仿真测距数据,使用动力学定轨方法进行计算分析,论证了中继卫星系统对用户航天器的快速测定轨能力,解算出的航天器轨道根数精度为快速交会对接机精度分析提供了参考.     

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。     

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。     

NASA与ESA在国际空间站上试验行星际互联网

<正>NASA和ESA成功测试了实验型行星际互联网。国际空间站上的指挥官威廉姆斯使用NASA笔记本利用DTN(容延迟网络)传输信息远程控制位于德国欧洲空间操作中心的Lego("乐高")机器人。这项实验表明了利用新通信基础设施从轨道航天器向地面机器人发送指令,以及接收从机器人发回的图像和数据的可行性。     

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。     

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。     

TDRSS航天器用户终端一体化设计初探

借鉴美国TDRSS航天器用户终端情况,考虑未来我国中继卫星系统(CTDRSS)发展趋势,面向航天器天地基一体化测控的发展方向,探讨未来CTDRSS航天器用户终端一体化设计历程。     

加州差分修正公司准备在全球开展差分修正业务

美国加里福尼亚州的“差分修正”公司打算很快建立一个全球性地基接收机网,以便为用户提供极精确的导航和定位信息。已在8个美国城市投入运行的系统,通过调频无线电台向用户发送信号。利用这些信号来修正用GPS卫星直接确定的位置数据。以往,只有美国军方才能接收GPS卫星发送的高精度信号。军方将高精度信号加密,防止敌方利用该信号精确引导导弹打击目标。卖给民间用户的GPS接收机只能接收低精度信     

用于EOS直播卫星数据采集和处理的低成本可搬运地面站

作为全球变化研究的全国统一行动的一部分,地球观测系统(EOS)将在15年时间内发射一个遥感卫星星座。来自EOS卫星的科学数据将由NASA研究机构加以处理,再分发给大量地球科学家。许多这样的卫星还备有另外的接口,能直接向用户播发数据。从过境卫星实时直接播发科学数据有不少有价值的用途:现场测量结果的检验,规划科学会战以及用于科学和工程教育。 EOS直播的成功与实用价值很大程度上取决于最终用户接收该数据所花费用。为将这种能力扩大到尽可能多的用户,接收站的成本应尽量低。为此NASA哥达德航天中心(GSFC)正在研制一种能接收EOS直播数据的可搬运式低成本地面站样机,该站将采用甚大规模集成(VLSI)部件和流水线多处理结构。这一系统的预定重复生产成本低于20万美元。本文介绍该地面站的样机及其主要部件。     

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。     

使用专家系统的航天器指挥和控制

一、前 言 我们处于航天器指挥和控制工业革命的中期。这次革命是由几个因素推动的。航天器指挥和控制系统的传统用户(比如说政府)正尝试着用着尽量少的花费去做更多的事情。过去,政府倾向于从头开始设计和生产系统;今天,他们正在寻找一种先进的解决方法。使航天器指挥和控制发生变化的另一个因素是航天器技术的进步。开发由相对兼价卫星组成星座的几个商业冒险计划正在进行,这些新的商业空间机遇需要更经济的指挥和控制系统以