开发TDRSS对政府和商业运载火箭的全球覆盖能力

NASA天基通信网—TDRSS可为哈勃太空望远镜、Compton天文台、TOPEX以及航天飞机等多种低轨道飞行航天器提供跟踪和通信服务。当前NASA正集中研究采用最经济的办法完成其各项航天任务,这就促使它加倍努力,寻求从其TDRSS独特资源获得更大价值的一切可能性。现已证明利用3颗地球同步卫星加上高增益S波段跟踪天线能为一次性运载火箭(ELV)的发射阶段提供近全球覆盖能力。 运载火箭在上升和级间分离期间,由TDRSS提供遥测覆盖要比利用高级靶场测量飞机(ARIA)或多个航区站费用低得多。 TDRSS可望承担各类运载火箭的发射服务,其中包括德尔它、大力神/顶上级、飞马座、民兵、改进型火箭(EELV)和海射火箭以及国外运载火箭。对于装有相应转发器的顶上级,可以覆盖到转移轨道段。还在研究利用TDRSS波段前向链路传递靶场安全指令,从而还可能得到明显的经济效益。 本文详细介绍TDRSS为大力神/半人马座和阿特拉斯/半人马座发射提供通信保障所获得的经验,并叙述为各种运载火箭发射服务的余量、发射机和天线特性以及费用和前景。     

美国TDRSS的发展及其新应用

本文将以１９９６年第二届ＴＤＲＳＳ专题研讨会的内容为主，介绍美国ＴＤＲＳＳ的现状，新研制星ＴＤＲＳ－Ｈ，Ｉ，Ｊ的主要技术指标改进，高精度定轨技术，ＴＤＲＳＳ工作频段向Ｋａ波段的过渡，几代有 转发器的发展情况，并较全面地介绍了近几年来试验成功的若干ＴＤＲＳＳ新应用，例如用于极区数据采集站高速数据中继，长期气球，无人飞行器和海上浮标的数据采集，运载火箭全程遥测数据的转发，遥感飞机高速图象数据和前向信息     

九十年代的经卫星中继的跟踪和数据采集

新技术进展带来了许多新要求:数据增加、工作可靠性提高、覆盖范围扩大到同步高度以外,地面用户和航天器上实验组件之间更加直接的联系等。新技术的发展又开辟了研制跟踪和数据中继卫星系统(TDRSS)九十年代后继型系统的新途径。这种新的跟踪和数据采集系统称作TDAS。本文介绍了研制高成本效率TDAS必须研究的系统结构问题,其中包括系统要求,基本设计参数以及各种系统和技术问题。最后,本文按照任务性质及计划组织关系介绍了目前已订合同的TDRS研究工作。     

高级中继卫星系统计划概述

本文简要介绍了天基网从目前的跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)结构发展成21世纪初的高级跟踪与数据中继卫星系统(ATDRSS)结构的情况。 TDRSS及其白沙地面终端(WSGT),是整个NASA局天基网的重要组成部分,在90年代将继续发展。这一发展的中心内容是建造第二个TDRSS地面终端站,改造老白沙地面终端以及90年代末必须投入运行的目前TDRSS的后续系统ATDRSS。 已提出了多种ATDRSS结构方案,并进行了一系列技术综合评审。评审结果,找出了未来ATDRSS基本结构的关键所在,并研究出几种向ATDRSS天基网过渡的初步方案。     

跟踪与数据中继卫星系统的性能

一、引言 自60年代初,NASA就组建和操作一个为近地轨道卫星服务的跟踪和数据获取网。TDRSS是一个新测控网,为目前和直到2000年的预期卫星任务服务。该网利用了已经验证的空间和地面系统有关技术构成一个全新的测控站,只是其前端设备置于地球同步轨道上。尽量采用了自动化技术,使系统设置到数据采集以及整个跟踪期间的通信几乎都不需要人操作。     

TDRSS空间链路安全性分析与对策

基于CCSDS AOS建议，通过对TDRSS潜在的各种安全威胁进行分析，提出了在数据链路层实施安全策略的方法，包括实施混合加密体制，采用安全高效的加密算法，来保证TDRSS空间链路数据的保密性、完整性、可靠性、可用性，防止TDRSS可能遭到的各种攻击。     

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。     

8PSK TCM调制在TDRSS信道中的性能

随着NASA局走向21世纪,新的航天计划,例如国际空间站、载人火星飞行计划和新的陆地星计划逐步展开,对TDRSS的数传要求很可能超出现有带宽。按NASA资助合同NAG5—1491,新墨西哥州大学(NMSU)空间遥测和通信系统的小Manual Lujan中心正在研究提高TDRSS数传容量的技术。这些技术包括利用高带宽效率调制格式来提高TDRSS转发器的数传     

用于NASA局长期气球计划的低成本TDRSS通信设备

NASA研制的新TDRSS转发器和射频地面支持设备,使一系列低预算NASA计划可以利用TDRSS的通信业务。由于采用了当前先进技术,有些则是尖端技术,使这些新设备为用户提供了许多先进特性,而成本仍比以前任何一种设计方案低。这些新设备将于1992年12月首次用于飞越南极的长期科学气球计划。     

TDRS星运行后的GSFC测控网操作

自第一个航天器飞入空间以来,哥达德航天中心(GSFC)一直在为其数据采集网的用户提供各种程度的支持。作为测控网发展计划的—部分,开发了 TDRSS 网(TN)以继续满足近地轨道先进航天器不断增长的通信和定软要求。网中各组成部分作了大范围的变更,这些变更的实施、纽装和测试阶段正接近完成,为1983年初开始发射 TDRS 系列星作好了准备。在宣布 TDRSS 可以全面支持所有用户之前,组装的最后阶段一定要在 TDRS 星入轨后,与 TDRSS 网的各实用组成部分一起进行全面的试验。TDRSS 网同以往测控网设计方案完全不同,它把网的商用部分和政府部分(即NASA 部分)组合起来成为一个高度自动化的端到端的系统。打算利用商用部分(即由一个中心地面终端监控的地球静止轨道的一系列卫星)来取代 NASA 现有的全球分布的地面站。NASA 部分(即政府部分)包括一系列的测控网设备,按照飞行任务支持型合同,为监控整个网提供特殊的勤务和服务。本文介绍了这种可以满足80年代和90年代初科学用户星要求的新型测控网。     

美国NASA天基测控网的按需接入系统

NASA天基网按需接入系统(DAS)可为航天操作提供一种新的开创性的服务；这种业务通过跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)构成连续和自动化的通信链路。2002年10月投入运行的DAS扩展了TDRSS多址返向(航天器至地面)容量。该系统利用地基商业成品(COTS)设备，例如第三代多址波束形成分系(TGBFS)和可编程遥测处理器(PTP)，并利用包括TCP／IP及基于web的接口在内的联网标准。     

TDRSS系统S波段双模式用户应答机

概述了国外TDRSS系统S波段双模式用户应答机的发展概况，介绍了它的设计特点、工作原理、关键技术及发展方向，可供开展TDRSS系统用户应答机研制工作参考。     

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。     

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。     

航天器TDRSS中继终端入网验证初探

针对国内外航天系统的现状,介绍了NASA航天器TDRSS系统的应用情况和中继终端入网验证技术。在此基础上,面向航天器测控的发展方向,从综合利用中继终端入网验证设施、分析中继终端入网验证流程和管理体制方面,探讨了未来我国航天器TDRSS中继终端入网验证的设想。     

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。     

航天飞机S波段通信技术方案

航天飞机S波段通信系统为航天飞机提供了经由地面航天跟踪和数据网(GSTDN)的直接对地通信或经由跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS,经同步卫星转发轨道器的信息)的对地通信能力。S波段通信是航天飞机任务从发射到再入/着陆各阶段直接对地和经由TDRSS的主要通信线路。在轨道段,当TDRSS的Ku波段通信不能使用,轨道器姿态不利于Ku波段通信,或载荷舱门关闭时,轨道器都得使用S波段线路。本文介绍航天飞机S波段通信功能要求、轨道器上通信设备结构和NA-SA的S波段通信网。阐述了需要在S波段设备研制中采用专门新技术的要求和实施方案。其中包括(1)数字式话音△调制,(2)卷积编码/Viterbi解码,(3)使用Cost-as环路接收机的临界相位调制指数,(4)连续波调频的最佳数字数据调制参量,(5)副载波测距和时分复用数据信道的交调效应,(6)射频覆盖,(7)低信噪比下的解扩技术。本文评述了这些独特新型通信信道的性能,给出了性能分析和实验结果。     

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。     

MC-CDMA在TDRSS系统SMA业务中的应用研究

针对传统跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)中S波段多址(SMA)业务直接序列扩频码分多址(DS-CDMA)的缺点,提出采用多载波码分多址(MC-CDMA)进行替代的调制解调方案,对其系统结构和在TDRSS中应用需解决的关键技术问题进行了分析。MC-CDMA具有数据传输速率和频带利用率高,发送和接收设备简单等优点,在载人航天通信中具有十分重要的应用价值。     

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。