中继卫星系统支持中/低轨航天器飞行测控任务技术研究

随着中继测控终端小型化和高增益、宽波束天线技术的发展, 特别是中国后续 中继卫星将具备S频段多址服务能力, 使得依靠中继卫星系统实现航天器飞行 测控和所有在轨卫星的日常管理成为可能. 通过分析中继测控支持中/低轨 道卫星在轨测控的能力、优势和基于中继测控实现卫星发射弹道优化策略, 提出了定向天线中继终端应急测控方法. 研究结果表明, 中继卫星系统能够为航天器飞行任务从发射、入轨到在轨管理提供测控服务, 特别是基于多址 服务能力的中继卫星系统从数量上完全满足中国在轨卫星的测控需求, 测控效率和应急能力将得到明显提升.      

全球卫星移动通信星座天基星间链路测控方案

针对全球卫星通信星座的测控问题,提出了利用静止轨道卫星作为天基测控网对低轨全球通信星座卫星进行测控的方案,在GEO轨道布置3颗地球静止轨道卫星,建立GEO轨道卫星与LEO星座卫星之间的星间链路来传输测控信息,再将这些信息转发至相应的地面测控站,分析了测控链路的传输指标,评估了星间测控链路的双向传输性能,最后通过仿真分析验证了采用3颗静止轨道卫星组成的天基测控网能够大幅拓展单纯依靠传统陆基测控网的测控可见弧段,其24h测控弧段覆盖率是后者的8倍,总测控时间比后者提升大约10倍.     

载人空间站中继卫星多址波束应用

正多址波束接入是我国新一代中继卫星系统的拓展功能,可为多个用户同时提供低速数据中继服务。目前,我国已开启载人空间站建设工作,不久将转入长期运营阶段,中继卫星系统[1]是支持运营阶段的主要测控通信支持手段。由于中继卫星系统是为包括载人航天器、低轨卫星等众多目标服务的公共服务系统,其星上可配置的宽带中继资源[2]、窄带中继资源有限,而空间站长期在轨运营既有高实时、高可靠的测控通信要求,又有大带宽的载荷数据传输要求。如何合理使用中继卫星系统的各类单址、多址资源,不仅关系到对空间站本身的支持保障能力,而且关系到对其他低轨卫星的测控与数据中继支持能力。     

跟踪与数据中继卫星(TDRS)跟踪用户星的条件分析

中继卫星是航天测控网发展的必然趋势.一颗中继卫星对不同轨道的用户星测控支持能力是不同的,受多种因素的影响.从理论上详尽地分析了地球同步轨道中继卫星(TDRS)对近地航天器的跟踪条件,计算了中继卫星对各种轨道高度近地航天器的测控覆盖率,给出了中继星到用户星可视算法、地球遮挡和受太阳直射的计算公式,通过专业STK软件仿真验证了所得结论的正确性,它们可以作为确定天基网的中继星数量和对在轨中继卫星进行资源分配的理论依据.      

在轨地球同步卫星自主工程测控研究

地球同步卫星在轨工程测控任务通常由地面测控系统完成. 随着技术水平的发展, 如果在轨地球同步卫星能够实现自主工程测控, 将大大减轻地面测控系统负担, 提高卫星独自生存能力, 降低系统运行成本, 并将成为卫星测控技术新的发展方向. 本文提出卫星自主在轨测控方案, 研究了当前地球同步卫星在轨工程测控的主要项目及实现算法. 对其进行的可行性分析表明, 尽管受到轨道测量能力的制约, 在轨地球同步卫星仍可实现完全或地面有限参与情况下的自主工程测控. 在此基础上, 设计了一种地球同步在轨卫星完全自主工程测控的原理方案, 通过分析其技术难点及存在的风险, 提出应对措施. 研究结果表明, 基于目前卫星制造水平和成熟的在轨测控技术, 实现在轨地球同步卫星自主工程测控技术可行, 其是解决卫星数量急剧增加与地面测控能力有限这一突出矛盾的有效途径.      

联合北斗导航与星间链路的大椭圆卫星定轨方法

传统的地面测控和GNSS均无法实现HEO卫星全弧段的跟踪观测.在分析北斗导航信号及其星间链路信号对典型HEO的观测几何及覆盖特性的基础上,利用北斗导航及其星间链路对HEO测控支持形成互补的特点,提出了一种卫星导航与星间链路相结合的自主导航方法.对HEO定轨进行分段划分并基于EKF设计了卫星导航与星间链路数据融合定轨的自主导航算法.分析结果表明,本文提出的方法能够从全弧段上改善HEO的观测几何,定轨精度比仅使用卫星导航提高了2个数量级,并且仅需较少的星间链路资源.      

欧空局欲改变通信领域发展途径

□□为建立独立完善的航天体系,提高对航天器的轨道覆盖和测控能力,解决载人航天的实时通信,以及增强中低轨道对地观测卫星的应用效果及效率,欧空局和日本紧随美国和俄罗斯,积极发展自己的跟踪与数据中继卫星系统。经过10多年的努力,日本于2002年9月13日发射了它的第1颗“数据中继试验卫星”(DRTS-1),为其先进地球观测卫星-2(ADEOS-2)提供数据中继服务。而欧空局虽然早于日本在2001年7月12日发射了“阿蒂米斯”(Artemis)数据中继卫星,但却因阿里安-5火箭上面级发生故障将其置入了一条错误的椭圆轨道。经过欧空局地面控制中心18个月的挽…     

国外跟踪与数据中继卫星一瞥

跟踪与数据中继卫星，以其较大覆盖转发地球站对中、低轨道航天器的跟踪测控信号，并对中、低轨道航天器发回地面的数据。图像、话音等信息，进行实时、连续中继等优势，逐渐成为发展航天技术越来越重要的项目。美俄跟踪与数据中继卫星早已组网运行，并在发展后续系统；欧空局和日本在这种卫星的发展上以其新思路和技术途径，大有后来居上之趋势。近年各有关国家的数据中继卫星都在研制中，但美国军用数据中继卫星发射了第二代的第一颗（SDS－2），这是一种大椭圆“闪电型”轨道卫星，用于KH系列成像侦察等卫星中继数据。1989年和1992年发…     

用于卫星入轨段测控的箭载天基测控中继系统

为满足卫星入轨段关键遥测参数下传和遥控指令上传的需求,设计了一种用于卫星入轨段测控的中继系统,方案主要基于火箭现成天基测控终端和卫星现成测控设备。介绍了中继系统的组成、工作原理和工作流程,研究了天基测控相控阵天线波束指向算法,设计了一种卫星遥测、遥控信号中继功能的地面测试系统。该箭载中继系统在快舟一号甲火箭上完成了两次飞行试验验证,两次飞行试验中继转发的卫星遥测数据完整,箭载卫星通信终端接收用户卫星遥测数据的载噪比大于20dB;地面测控中心接收天基遥测返向信号比特信噪比相对接收门限有3dB以上的余量。试验表明,该箭载天基测控中继系统通信链路余量充足,工作可靠,相比通过地面测控资源保障或卫星自身使用天基测控可节省一半以上成本。     

定位精度“精”益求“精”——访北斗卫星导航系统卫星系统总设计师谢军

第8颗北斗卫星的成功发射入轨后,与在轨的多颗地球静止轨道(GEO)卫星和地球同步轨道(IGSO)卫星组成基本系统,已经具备在星座覆盖范围内提供连续的、稳定的、全天候的基本服务能力。那么北斗卫星导航系统的基本原理、定位精度和未来发展如何呢?北斗卫星导航系统卫星系统总设计师谢军为我们进行了详细的解答。     

数据中继卫星:把测控站搬上太空

2021年12月14日,天链二号02星在西昌卫星发射中心成功发射,这是我国第二代中继卫星系统的首颗装备星,将为载人航天器、卫星、运载火箭以及非航天器用户提供数据中继、测控、传输等服务.我国发射中继卫星数量增加至7颗,两代中继卫星相互兼容、在轨协同组网工作,天基中继系统的稳定性、可靠性、灵活性及服务能力进一步提升,将为我...     

月球背面探测任务多目标协同控制模式设计

月球背面探测需要中继卫星提供中继通信支持,实现地面测控网对月面探测器的控制。为解决月球背面探测任务过程中和环月探测卫星等多个航天器目标的相互控制及其与地面测控网之间的复杂协同控制问题,提出了协同控制关联目标描述方法,明确了控制目标和上行路由的概念和确定原则、上行路由测控网资源分配原则,设计了基于时间窗口的中继测控资源分配方法、多目标协同控制的标称计划模式、遥操作规划模式和上行控制模式。经过"嫦娥4号"天地大回路无线联试和"鹊桥"中继卫星在轨飞行证明,设计是合理可行的。     

在轨服务卫星GNC系统地面测试与在轨支持设计

针对在轨服务卫星GNC系统的任务特性,设计了一套地面测试系统,经过相应模块扩展即可用于在轨服务技术支持.该系统已应用于某型号GNC系统的地面测试和在轨运行,稳定性和可靠性良好.地面测试系统由动力学仿真器、星上产品模拟器、ATS测试系统、三维显示系统组成,该系统充分验证了星上软件算法逻辑和硬件电气接口.增加三维避障、图像显示分析等模块后,测试系统实时性更强,可视化程度更高,能适应卫星在轨服务等复杂工况.     

国内卫星运营业建设国际化服务体系的思考

<正>地球静止轨道通信卫星具有大覆盖的特性,凡是卫星覆盖范围内的地区,都是卫星运营商的潜在市场。从目前国内在轨通信卫星波束的设计上看,C频段有效载荷基本都是全球覆盖,而Ku频段的波束除覆盖中国以外,多颗卫星携带了针对特定市场的波束,如覆盖中东、非洲、印度尼西亚等地区的波束。另外,大多卫星都设计了Ku频段点波束,其目标市场也大多是境外客户。从市场角度看,上述地区都是卫星通信需求较活跃的区域。在这些境外市场,卫星运营业竞争异常激烈,参与竞争者有其本土的卫星运营商,还有一些区域的或全球的卫星运营商。     

用户星高度对中继卫星星间链路的性能影响

数据中继卫星(简称中继星)系统可为各种用户星提供优质服务,但用户星轨道高度严重影响了中继星与用户星之间的星间链路(IOL)性能。文章通过数学模型来计算IOL自由空间损耗的极值和中继星星间天线的视场角,并用STK进行了仿真验证。基于此模型,对近地圆轨道航天器和导航卫星两种用户进行了实例分析。发现对近地圆轨道用户星,自由空间损耗的最大值与最小值之差和天线视场角均不大,设计时不需要特别考虑;而对导航卫星用户,两项参数值分别高达15dB和大于35°,需采用相应措施来避免过设计和解决视场角大的问题。     

欧洲"伽利略"卫星导航系统进展

全球卫星导航系统（GNSS）是一种天基无线电导航定位与时间传递系统,包括卫星星座、地面系统及用户终端设备等三大部分,可为地球表面和近地空间的广大用户提供全天候、全天时、高精度的三维位置、速度及时间信息。“伽利略”（Galileo）卫星星座由30颗卫星组成,这些卫星均匀分布在3个中高度地球轨道上．其星座构形为Walker27／3／1,并有3颗在轨备份星。卫星轨道高度为23616km,轨道倾角为56°,设计寿命20年。     

“北斗”卫星导航系统空间信号接口控制文件解读

"北斗"卫星导航系统采取"三步走"的发展步骤:第一步,"北斗"卫星导航试验系统;第二步,"北斗"卫星导航系统区域服务;第三步,2020年左右全面建成"北斗"卫星导航系统,形成全球服务能力。目前,"北斗"区域卫星导航系统星座拥有14颗卫星在轨运行,包括5颗地球静止轨道(GEO)卫星、5颗倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星和4颗中圆地球轨     

长四乙一箭再送双星

10月14日11点16分,伴随着雷霆般的轰鸣,长征四号乙运载火箭托举着中巴合作研制的地球资源卫星和巴西小卫星SACI-1腾空而起。火箭起飞约155秒一、二级分离,约175秒整流罩分离,288秒后二、三级分离,749秒后主星、箭分离,775秒后搭载星SACI-1分离,840秒测控中心发出指令,资源卫星太阳帆板解锁、展开,约100分钟后卫星再次进入中国测控站观测弧段,测控站发送指令,动量轮启动,卫星进入轮控模式,约12小时后精确轨道参     

欧洲数据中继卫星系统的集中与分散方案

为保障和完成九十年代欧洲空间任务,欧空局计划于1993年发射第一颗欧洲数据中继卫星(DRS)。为此,法国、意大利和欧空局的通信卫星专家提出了集中与分散两种方案。集中方案是把近地轨道应用卫星所获得的全部数据均通过数据中继卫星的下行链路传送到指定的地球站,数据在地球站经过处理后再馈送给固定的或临时的用户设备。数据的传输方式取决于到用户设备的距离、规定的往返时间和数据率。     

跟踪与数据中继卫星星间链路天线驱动机构技术综述

跟踪与数据中继卫星星间链路天线驱动机构由于机构负载的特殊性,负载能力、驱动性能、刚度、精度和可靠性等方面均有很高的要求,与其他航天器的双轴驱动机构有很大的区别.介绍了美国第一代中继卫星TDRS、日本试验中继卫星COMETS、欧洲试验中继卫星ARTEMIS、俄罗斯中继卫星LOUTCH的星间链路天线驱动机构的详细设计指标及设计方案,并加以总结和比对,为研制中继卫星天线驱动机构提供参考.