跟踪与数据中继卫星系统的现状和发展

跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）是20世纪航天测控通信技术的重大突破。其“天基”设计思想，从根本上解决了测控、通信的重大突破。其“天基”设计思想，从根本上解决了测控、通信的高覆盖率问题，同时还解决了高速数传和多目标测控通信等技术难题，并具有很高的经济效益。TDRSS系统使航天测控通信技术发生了革命性的变化，目前还在继续向前发展，不断地拓宽自己的应用领域。现在，美国与俄罗斯两国的跟踪与数据中继卫星系统均已进入应用阶段，正在发展后续系统；欧空局和日本在这类卫星的发展中采用了新的思路和技术途径。本文主要介绍这些国家跟踪与数据中继卫星系统的现状和发展，并据此对我国正在研究的跟踪与数据卫星系统提出一些建议。     

一种基于北斗RDSS短报文的天基测控方法

主要针对未来商业卫星大规模发展需求,基于天地一体化测控网络体系,探索研究了北斗短报文测控的可行性。以北斗导航星座作为天基测控平台,以低轨卫星作为测控服务对象,研究了基于北斗短报文的新型天基测控方法,进行了该天基测控系统总体方案设计和测控数据流程设计。提出在低轨航天器上搭载北斗短报文终端作为测控载荷,利用北斗卫星无线电测定业务(RDSS)短报文基本通信通道,充分考虑RDSS数据协议约束,采用兼容当前测控协议帧结构的方式,对帧结构进行适应性移植,证明RDSS短报文测控体制可以满足一般民商用小卫星、立方星等航天器测控通信需求。最后根据系统设计及体制论证结论,对基于北斗RDSS短报文的测控服务能力进行了综合分析,证明该测控应用模式可满足卫星日均在轨测控通信数据量需求。     

一种基于互联网星座的载人飞船测控模式构想

在总结神舟载人飞船测控模式发展演进规律的基础上,基于当前国内外低轨卫星星座蓬勃发展的趋势,文章提出了一种基于低轨互联网星座进行载人飞船测控的模式构想,通过对初步互联网星座方案构想下开展神舟载人飞船测控能力的仿真分析,得出该测控模式可将飞船最长站外时间降低至2 min,大幅提升应急处理能力和测控系统冗余,减少传统地面测站和中继资源占用,从而降低测控成本,提高测控效益,是未来测控模式演进的选择之一。     

面向应急管理的天基系统需求与构建设想

针对应急管理对天基系统提出的增强现场灾情信息传递保障能力和尽快完善天空地一体化应急观测体系的需求,在分析天基系统应具备的先进感知使能、通信使能、导航定位使能及智能使能基础上,提出了我国天基应急管理支援体系构建设想。通过发射中轨观测系统、高分光学强机动星座,以及增加地面机动测控数传站,加强和完善灾害应急遥感观测能力;通过天地一体化应急管理云平台实现灾情观测数据的处理和分发。为了尽快实现天基应急管理支援体系建设,提出应发展高、中、低轨协同的天基通信、导航、遥感卫星的建议。     

基于天通卫星系统的天基测控技术

针对卫星测控资源紧缺的现状,为满足未来大规模卫星用户对测控资源的使用便利性这一需求,研究利用天通卫星进行近地低轨卫星测控服务的能力。天通作为高轨移动通信卫星系统,具有传输实时方便、服务安全可靠和综合效费比高等多方面的特点。首先,分析了天通卫星对不同倾角、轨道高度卫星的测控覆盖时长,以及对载人航天任务空间站和火箭进行测控的服务能力。然后,基于天通民用系统现有的系统架构,详细介绍了天通系统支持低轨测控的系统改造方案以及工作流程。最后,结合目前的技术发展趋势和天通卫星能力现状,描述了天通卫星在天基测控和低速中继两种任务场景中的应用前景。     

国外中继卫星对航天器交会对接的测控通信支持

中继卫星系统的天基测控通信是近代航天技术的重大突破,它能够有效地满足航天器交会对接的测控通信需要。文章分析了美国＂跟踪与数据中继卫星系统＂（TDRSS）和欧洲＂阿特米斯＂（ARTEMIS）中继卫星对＂自动转移飞行器＂（ATV）与＂国际空间站＂（ISS）交会对接任务的测控通信支持,总结了国外中继卫星系统支持航天器交会对接...     

海事卫星系统在载人航天数据中继的应用

对海事卫星系统用于载人航天器数据中继的基本方法及可能性进行了讨论。从海事卫星系统的构成、链路能量和天线跟踪等方面论证了使用海事卫星系统中继载人航天数据的可能性。论述了工程实施中的关键技术和解决措施。提出了采用导频接收机来实施多普勒频移补偿的解决方案。最后认为使用海事卫星中继载人航天数据是可行的，可有效提高载人航天器的测控通信覆盖率。     

高轨移动通信卫星系统支持低轨航天器测控应用研究

<正>随着商业航天的不断发展,在轨航天器数量大幅增加,这对航天器测控提出了更高的要求,呈现出管理航天器数量多、实时性要求高、测控资源调度响应快等特点。如果采用地基测控方式,则需要建设遍布全球、数量众多的地面测控站,不仅建设投资高,同时支持目标数量有限,且测控资源调度使用不灵活,并不能解决海量低轨航天器在轨测控资源缺乏的难题。如果采用基于中继卫星系统的天基测控方式,其多址能力有限,以美国“跟踪与数据中继卫星系统”(TDRSS)为例,单星最多形成6个返向波束和2个前向波束,很难满足大量低轨航天器随机接入和并行服务的需求。     

低轨航天器中继测控终端固定宽波束天线覆盖研究

数据中继卫星运行在地球静止轨道,可作为低轨航天器在地面站视距外测控通信的数据中继接力。针对中继小型测控终端的需求,文章设计了两种不同的固定安装的宽波束中继终端天线,一种为简单锥形波束,另一种为赋形的复杂环锥形波束。结合低轨航天器不同倾角的轨道特性和终端天线不同的方向图类型,应用STK卫星仿真软件进行了不同组合的链路仿真分析,给出了不同轨道倾角的航天器与中继卫星长时间建立链路的最优天线方向图及其设计特性。链路仿真的参数包括总的建立链路时间、建立链路的次数及建立链路的区域等,仿真结果对于低轨中继终端的应用具有重要的指导意义。     

基于TDRSS的低轨卫星定轨方法研究

利用跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)组成天基测控系统对低轨卫星进行轨道确定,并讨论了低轨卫星在TDRSS系统覆盖区域的时间段,以改进的Gauss-Newton算法为基础,设计了非线性迭代的微分轨道改进算法,有效抑制了算法截断误差.仿真实验证明基于TDRSS的测控技术可显著提高测控覆盖率,减少地面测控站压力,有效确定低轨卫星轨道,定轨位置误差小于20 m,速度误差小于0.01 m/s,能满足一般低轨卫星的定轨精度要求.     

现代小卫星发展概述

为了区别早期发射的小型卫星，目前的小型卫星统称为现代小卫星。这种卫星在“沙漠惊雷”，“沙漠之狐”和北约空袭南联盟的战争中起到了异乎寻常的作用。简要分析了现代小卫星的概念、发展前提，发展趋势和模式等，并对发展小卫星提出了自己的见解。     

新一代无源微波遥感器及其在地球同步卫星上的应用研究

星载无源微波遥感已发展成为观测大气与地球表面的重要手段，地球同步气象卫星上使用的微波遥感仪器必须是新一代先进的遥感器；它应兼备传统的无源微波大气探测仪及微波成像仪的双重功能。本文叙述了国际上新一代星载无源微波遥感器的研究现状和发展趋势，讨论了在地球同步气象卫星上装载无源微波遥感仪器的可行性及其关键技术，并研究了其频率的选择问题。     

珠海一号高光谱卫星辐射精度真实性检验研究

“珠海一号（OHS）”高光谱商业遥感卫星数据在国民经济建设中发挥着越来越重要的作用。当前，针对商业遥感卫星数据质量精度的验证和评价研究成果较少。本文基于地面实测数据，对OHS卫星高光谱数据的辐射精度进行了真实性检验和定量分析。结果表明：OHS卫星表观辐亮度与实测结果具有较好的线性相关关系，相关系数R²大于0.7。与实测结果相比，OHS卫星各通道表观辐亮度值整体偏低，但两者光谱曲线形态基本一致。随着时间的推移，OHS传感器性能可能存在衰减，不同通道的衰减程度不一；在31个通道中，与实测值之间的相对差异在20%以内的通道数为9个；在20%~30%之间为14个，30%~40%为8个。     

我国“风云”气象卫星及其应用的回顾与展望

气象卫星和卫星气象是气象现代化的重要标志。自1988年至今,我国已先后成功发射了4颗风云-1极轨气象卫星和4颗风云-2静止气象卫星,顺利完成了极轨和静止两个系列气象卫星从试验到业务卫星的跨越。由“风云”气象卫星获取的地球大气和地表信息已广泛应用于天气预报、气候预测、环境和自然灾害监测与分析等多个领域。文章介绍了我国“风云”系列气象卫星的发展历程、地面应用系统组成、“风云”卫星产品及应用,最后展望了“风云”系列气象卫星的发展。     

FY—1C极轨气象卫星的进展

在概述美国和俄罗斯等国外极轨气象卫星发展概况的基础上，介绍了中国极轨与静止轨道两种气象卫星的业务应用卫星体系，重点介绍了“风云一号”（02星）即FY－1C极轨气象卫星的任务、总体设计、技术特点、关键技术以及所取得的进展。最后简述了新一代有轨气象卫星FY－3的发展设想。     

苏联／俄罗斯数据中继卫星系统评述

在全面收集相关资料的基础上,对苏联／俄罗斯中继卫星系统发展历史和现状给出了较为准确和明晰的描述,并从专业的角度对卫星星座、轨道位置、有效载荷及平台特性、服务范围和在轨运营等重要内容作出了技术评论。其结果对评价我国在这一领域中的成就和研发下一代卫星均具有参考价值。     

美国IKONOS和QuickBird2卫星相机的主要性能和特点分析及看法

简述美国的IKONOS和QuickBird2卫星性能 ,重点分析卫星相机的主要性能和特点 ,结合我国研制的高分辨率空间相机提出几点看法     

发展小型空间环境模拟设备是未来的一种趋势

大型空间环境模拟设备已成系列化,完全能满足大型航天器发展的需要。航天器小型化将是一种发展趋势,空间环境模拟设备必须适应这种发展要求。小型空间环境模拟设备除了能保证微小型航天器的试验需要外,在开展空间环境影响机理的研究、预先研究和降低试验成本上有其优势。     

现代小卫星与大众化空间时代

通过论述现代小卫星技术30年的发展历程,总结其技术发展水平并举出现阶段的典型应用实例,讨论小卫星未来的发展方向,论述大众化空间与现代小卫星的关系,总结现代小卫星技术服务于大众化空间的各项特征。     

小卫星和通信卫星星座技术特征分析

介绍了小卫星的发展情况和特点 ,给出了小卫星星座的概念和星座的主要设计参数 ,指出了编队飞行和组网技术在应用方面面临的挑战。然后分析了最新发展的通信卫星星座技术和星座卫星通信系统的设计原则 ,对中、低轨道星座系统进行了综合分析 ,并在此基础上进一步提出若干低轨道星座组网方案。最后指出了小卫星组网的若干关键技术及发展趋势。