星间天线捕获与跟踪策略

针对中继卫星星间Ka频段和S频段单址链路（KSA/SSA）天线和卫星运行轨道的特点,分析给出了KSA/SSA星间天线的跟踪模式和使用准则。详细分析和比较了方形、六边形、同心圆和阿基米德螺旋线扫描等几种天线扫描捕获方式,给出了适合星间天线使用的天线扫描捕获方式。并对影响链路捕获时间、捕获概率的关键参数给出了选择原则、计算公式和仿真结果。
     

星间链路中天线扫描及初始位置处理技术

文章对星间链路中天线的扫描捕获技术进行了理论分析和仿真研究，通过对几种扫描方法进行分析，设计了恒线速度的螺旋扫描策略，并提出了一种新的天线初始角度在螺旋扫描中的处理算法。     

我国TDRS天线捕获跟踪指向系统设计中的几个问题

跟踪与数据中继卫星系统（ＴＤＲＳＳ）星间链路中最重要的一个问题是ＴＤＲＳ星上天线捕获跟踪指向系统的开发研究。本文在文献「２」「３」「４」的基础上，提出了中国实验跟踪与数据中继卫星（ＣＴＤＲＳ）天线捕获跟踪系统设计中的几个问题进行分析。     

V 频段卫星通信天线捕获跟踪系统研究

随着卫星通信向大容量、网络化发展,Q/ V 频段逐渐应用于卫星通信的星地馈电链路和星间链路。为了掌握Q/ V 频段卫星通信技术,课题开展了频率较高的V 频段卫星通信天线捕跟系统研究和关键单机研制。由于V 频段天线波束窄,天线指向精度要求高,课题选择了程控+自动跟踪的天线指向控制方法,天线捕获跟踪采用单通道单脉冲体制方案。针对V 频段1. 8m 天线,解决了反射面赋性设计、精加工和形面精度测试,馈源小型化、精加工和装配,以及天线增益测试等难题。解决了V 频段单通道调制器芯片电路稳定工作和参数优化方法,实现了低噪声、高增益和高的和差通道隔离特性。在单机研制基础上,搭建了V 频段天线捕跟系统,通过外场捕获跟踪试验,获取了V 频段卫星通信天线捕跟系统关键参数:天线增益大于56dBi,低噪放噪声系数小于4. 2dB,自跟精度优于0. 05°。通过课题研究,验证了天线捕跟系统优良的跟踪性能,突破了V 频段关键单机设备研制技术,为后续型号应用积累了工程经验。     

基于观测几何方法的星间链路天线转动总寿命需求分析

星间链路机械可移波束天线的转动总寿命需求是进行天线设计的重要依据。文章提出了一种基于观测几何的仿真方法,实现了航天器运动、航天器姿态控制、天线双轴转动相结合的仿真,同时避免了复杂的动力学仿真,并以某Walker-δ星座星间链路机械可移波束天线为例进行了分析,得出了较为准确的天线双轴转动总寿命需求,可用于长寿命高可靠性设计、制定具体的寿命试验方案等。该方法也适用于其他类型星座或其他依靠机械双轴实现指向跟踪的星间链路终端设备。     

高精度天线伺服跟踪系统的工作模式及数字化实现

详细描述了高精度天线伺服跟踪系统在星地、星间链路中的典型工作模式，并介绍了一种数字化伺服系统的组成及相关技术实现。     

跟踪数据中继卫星系统的哲学问题

指出目前国际上五种跟踪数据中继卫星的技术特点及其缺陷。对与此有关的技术问题如跟踪天线、星间链路、统一基带数据流、信道编码技术、精确定位等作了简单说明。对我国开展这方面研究提出了建议，列出急需研究的十个重要问题。     

全球导航星座星间链路技术发展建议

美国全球定位系统（GPS）的Block IIR和Block IIF系列导航卫星安装了UHF频段的星间链路收发设备,未来的GPS Ⅲ系列导航卫星将用Ka频段星间链路替代UHF频段星间链路,提高星间数据通信容量,增强抗干扰能力;俄罗斯全球导航卫星系统（GLONASS）的新一代GLONASS-K系列导航卫星开始安装S频段星间链路收发设备;欧洲的伽利略（Galileo）卫星导航系统也在规划全球导航星座的星间链路体系;我国北斗（Compass）卫星导航系统正处在由区域覆盖向全球覆盖的过渡阶段,全球星座的星间链路正处在多种系统体制的抉择中。文章在对国外各种星间链路研究的基础上,从导航星座星间链路需求和特点出发,提出建议：1）建设高频段星间链路;2）加强星间天线与卫星总体的联合设计;3）星间网络协议要具有灵活性;4）尽可能保持每颗卫星的星间链路设备状态一致。文章考虑了现有国内技术储备和国外未来技术发展方向,提出的观点可以作为我国全球卫星导航系统对星间链路选择的参考,对我国Compass系统建设技术先进的星间链路有一定的指导意义。     

星间链路天线扫描捕获方法

文章提出一种适合中继星星间链路天线的恒线速度螺旋扫描捕获方法。推导出了扫描轨迹方程、天线方位转角及俯仰转角的数学表达式,论证了此方法的天线方位角速度幅值及俯仰角速度幅值变化很小,且近似等于扫描轨迹线速度,叙述了扫描参数选择等。该方法的优点是:轨迹方程简单,螺距相等,易于实现全覆盖扫描;扫描螺旋线平滑且线速度恒定,这既对卫星姿态冲击影响小,又有利于对目标信号的发现与捕获。     

一种绕飞编队卫星星间链路系统的总体设计方法

为了建立高精度相对定位编队卫星的星间链路,提出了一种基于GPS的绕飞编队卫星星间链路系统设计方法。针对我国首次以InSAR为背景的任务,以某绕飞编队星座星间链路系统总体方案为例,利用STK/MATLAB分析软件,对天线覆盖区与组阵进行了仿真分析,并根据分析结果做了系统优化,包括星间轨道构型、天线设计组阵图、天线安装位置、链路预算、星间通信措施设计分析以及电磁兼容性分析等。结果表明:基于GPS的编队卫星能够从系统角度优化设计建立星间链路,从而完成编队跟飞、绕飞期间的星间通信与测量任务,为卫星建立星座构型、相对定位测量提供了可靠、稳定的传输通道。该设计方法可为同类卫星或其他类型卫星星间链路系统设计提供参考。     

导航星座星间链路信号捕获搜索策略研究

针对导航星座星间链路信号动态范围大、捕获性能要求高之间的矛盾,利用星历信息辅助信号捕获。在此基础上,分析了信号捕获串行搜索、码并行搜索和频率并行搜索的计算代价,给出了不同信号体制和星历误差下各搜索策略对应的运算量表达式,并结合典型的应用场景进行了算例分析。分析结果表明星间信号捕获在星历误差较小时采用串行搜索策略具有最少的计算量,在星历误差较大时采用码并行搜索策略计算量最少。     

星间光通信中振动抑制的研究

星间光通信是极具前景的空基通信方式。通信双方光束的捕获，对准和跟踪为星间光通信必须解决的关键技术之一。光通信终端作为卫星的有效载荷，受到卫星平台及空间环境的影响。本文首先概要地说明了星间光通信对准和跟踪系统的设计要求，分析了卫星平台振动，给出了典型的振动功率谱密度，可行的扰动抑制方法和APT系统的设计。最后设计了跟踪子系统，对其扰动抑制性能进行仿真。仿真结果表明本文设计的有效性。     

GPS技术用于编队卫星状态整体确定方案设计

编队卫星的控制和应用需要确定编队卫星的运动状态,包括卫星绝对的和相对的位置、姿态以及钟差.本文设计联合利用GPS和一种类似GPS的载波相位和伪码交联测距技术的方案,快速实现星间GPS载波相位差分的整周模糊度的确定,进一步提高相对状态确定的精度,使相对位置精度达到厘米级、相对姿态角精度达到角分级.     

多体卫星复合控制物理仿真试验系统

对于具有星间链路天线的多体卫星而言 ,进行星体姿态和天线指向复合控制的地面物理仿真试验研究是一个重要课题。本文主要叙述利用单轴气浮台模拟卫星姿态运动 ,由天线框架驱动机构 (GDA)实物连接组成的多体卫星平面运动动力学环境下的物理仿真试验系统。     

基于分布式星群的全相参雷达低副瓣波束形成设计方法

不同于地面稀布阵相参阵列雷达,分布式星群平台具有高速运动特性,相应地全相参合成效率受限于星间的空时频同步误差、波束指向误差等系统误差约束。提出了一种基于分布式星群的全相参雷达低副瓣波束形成设计方法。首先,从星群系统规模、星间安全距离、远场条件、探测链路等因素入手推导了有效探测距离区间。接着,给出了同步误差、波束指向误差以及卫星高速运动特性对全相参合成效率的定量影响评估方法。最后,利用空时频多维联合方法实现了低副瓣稳健波束形成,可有效增加无模糊视场范围,适用于实际星群规模有限的应用场景。仿真结果验证了所提算法的有效性。     

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。     

“风云二号”静止气象卫星的地面应用系统

简要介绍了“风云二号”静止气象卫星的地面应用系统、主要包括指令控制与数据接收站、数据处理中心、卫星运行控制中心三大组成部分以及三者之间的信息流程，最后介绍了由该系统输出的气象产品。     

基于DBF的波束功率控制及优化设计技术

低轨卫星系统近年来得到了广泛的关注和发展,卫星的轨道高度低,具有传输延时短、路径损耗小的特点,可以为小型化用户终端提供服务,但也存在单星覆盖区内路径差异大、卫星业务分配不均和工作动态范围大的问题。针对这些问题提出了一种适用于低轨卫星的波束优化设计方法,采用地球匹配波束设计,来实现更好的链路质量和覆盖效率。在下行波束设计中,通过唯相位加权优化设计方法,在满足波束增益要求及波束间C/I的基础上,实现了单波束功率由0%~100%的调整能力。针对低轨卫星移动通信业务随时间变化,导致发射组件输出功率长时间工作于回退状态的特点,提出了一种通过卫星业务处理器实现业务量变化与功放的最佳效率供电电压匹配调整的星上自适应功放功率随动技术,使得功放平均效率有效提高,减少了天线的平均功耗和热耗。     

A compact, light-weight high data-rate antenna system for remote-sensing orbiters and space exploration

Upcoming space missions utilizing hyperspectral or other high-resolution sensors will generate a vast amount of data in orbit. The average communication duration between a spacecraft in low Earth orbit (LEO) to a dedicated ground station is short and in addition, due to the high amount of data to be transferred at link times, a high-performance communication system on board of the satellite is indispensable.A solution that provides longer acquisition times with the ground station is to employ a high data-rate inter-satellite link to a geostationary relay satellite, which requires a flat, compact, steerable, light-weight yet robust antenna. Such an antenna system (antenna module plus pointing module) was developed for S-Band at the Institute of Astronautics (Technische Universität München), in cooperation with German space companies, research institutes and the German Aerospace Center (DLR). Its successful operation via the geostationary relay satellite Artemis was demonstrated in cooperation with ESA in 2007.This paper describes the evaluation of an antenna system in the Ka-Band, as a successor to be developed in the next two years for high data rates and the various applications of such an antenna system.     

中继卫星在轨动态捕获跟踪试验方法研究

针对中继卫星在轨捕获跟踪高速运动目标的动态性能测试难题,提出了一种基于静止目标（中继卫星地面站）,利用中继卫星姿态连续偏置运动模拟中继卫星与用户航天器之间的相对运动,开展中继卫星在轨动态捕获跟踪测试方法的研究。仿真分析和在轨试验结果验证了该方法的有效性,从而为我国首次天基数据中继试验任务的顺利完成奠定了基础。