航天飞机的通信和测控系统

航天飞机轨道器的射频系统和数据业务包括以下内容:一台S波段相位调制(PM)发射/接收机、一台Ku波段发射/接收机、两台独立的S波段调频(FM)发射机,一台S波段载荷询问发射/接收机以及一台Ku波段交会雷达。另外,轨道器通信设备和数据系统还包括:一个计算机系统(作为载荷和射频系统之间接口的专用处理器)以及电视和磁带记录系统。地面保障系统包括地面航天跟踪和数据网(STDN)、航天指控中心(MCC)和载荷操作控制中心(POCC)。轨道器处于再入飞行轨道时,用五台雷达进行跟踪,用国内通信卫星将NASA跟踪系统连接起来。建立的话音通信系统可同时提供两条独立的双向话路,“测站会议和监视装置”可以在遍布世界的370个话音终端之间完成交换任务。航天飞机要经过四次飞行试验,进行约1100项实验。试验结束后,航天飞机将进入实用阶段:为付款的用户把卫星和其它设备送入太空。     

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。     

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:     

用于NASA局TDRSS第二地面终端站的综合接收机的设计与性能

Interstate电子公司正在开发一种综合接收机,准备用于TDRSS第二地面终端站(STGT,NASA天基测控网的一个重要组成部分)的S波段多址、S波段单址、K波段单址、S波段航天飞机返向链路(SSHR)和K波段航天飞机返向链路(KSHR)。广泛采用甚大规模集成/专用集成电路(VLSI/VSIC)设计方案,该综合接收机(IR)将解调器、符号同步器、伪码跟踪、载波恢复和数据提取功能结合到一个集成单元内。本文介绍该接收机的总体设计及研制,突出了解调和跟踪环的功能。给出了实验室测量结果,证明了良好的误码率特性。     

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。     

哥达德航天中心天基、地基测控网的Ka频段过渡计划

1　工作于Ka频段的驱动因素NASA天基测控网 (SN)目前通过TDRSS卫星和白沙设施 (WSC)的地面设备以S和Ku频段为各种近地轨道科学卫星提供通信服务。同样 ,NASA地基测控网 (GN)利用分布于全球的地面站通过直接对地的S和X频段为科学卫星提供通信服务。按NASA预测许多科学卫星提出的测控需求 ,需要 1Gbit/s或更高的数传速率 ,这些快速上升的数据吞吐速率不可能以现用的Ku和X频段来满足。此外 ,NASA分配给TDRSSKu频段前、返向链路频率在国际电信联盟 (ITU)只是二级用户 ,固定卫星业务 (主用户 )地球站地球 -空间方向的发射会给…     

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。     

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     

日本数据中继卫星计划

本文介绍了空间站时代日本的一种可能的数据中继卫星系统方案。该数据中继和跟踪卫星系统(DRTSS)将为高达300Mb/s数传速率的轨道航天器提供S波段和Ka波段通信及跟踪勤务。本方讨论了DRTSS的任务要求并进行了分析,还介绍了有关ETS-Ⅵ实验计划的情况。     

保障NASA航天任务的S波段测距系统

NASA地面网(GN)为航天飞机和科学航天任务的轨道确定提供距离和多普勒数据,这些数据来自佛罗里达的梅里特岛,弗吉尼亚的沃洛普斯岛和百慕大的跟踪站。本文叙述了按哥达德航天中心(GSFC)“设备改造计划”、而研制的新一代S波段侧音测距设备。这种测距设备加进了几种新的性能,强调了在后十年中保障NASA任务的设备可靠性和可维修性。     

民航KU波段卫星地面站设备故障分析及维护

卫星通信是民航通信网络系统“两地一空”中重要的组成部分。民航卫星网络系统主要由民航C波段和Ku波段卫星设备组成。与C波段相比，Ku波段卫星通信具有波束窄、带宽高、抗地面微波干扰性好、业务接入类型灵活多样等优点。随着C波段设备已近“耄耋之年”，C波段TES卫星通信设备承载的业务逐步将向Ku波段转移，加之新建支线机场Ku波段业务的大量增设，使得Ku波段卫星网络的地位与重视程度也日益提高。     

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。     

浅析C波段、Ku波段卫星通信在民航中的应用

随着民用航空事业的飞速发展，民航部门对通信服务的质量、可靠度要求越来越高。为了防止有线线路故障导致通信中断，很多部门常常使用卫星通信作为备用传输链路。同时，由于我国地域广袤，部分导航台位于群山、戈壁、荒漠等地，有线通信难以实现，因此只能依靠卫星通信传送信号。总之，卫星通信以其不受地理条件限制、性能稳定可靠、覆盖能力强、容量大、成本与传输距离无关等优点，在民航通信服务方面发挥着重要的作用。本文简要介绍了民航通信中C、Ku波段卫星的使用情况，使大家对这两波段卫星设备配置情况有所了解。     

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     

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。     

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。     

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。     

中继卫星S频段多址系统应用服务模式

通过深入分析TDRSS(Tracking and Data Relay Satellite System,跟踪与数据中继卫星系统)多址业务的主要能力、业务类型以及服务对象,概括总结出了TDRSS多址业务的2种应用服务模式,即周计划模式和按需接入模式。在此基础之上,设计了我国中继卫星SMA(S-band Multiple Access,S频段多址系统)的预分配服务模式、周计划服务模式和按需接入服务模式等3种应用服务模式。针对这些,建议:低速测控及数传需求的用户平台在安装S频段中继终端时,考虑兼容S频段单址和多址业务;用户中心S频段低速测控及数传服务尽可能使用SMA;用户在单独使用返向SMA资源时,必须确保中继终端处于开机状态,并指向中继卫星。