跟踪与数据中继卫星控制系统技术

综述了跟踪与数据中继卫星的控制系统技术。文章介绍了美国第一代中继卫星TDRS-A～G、美国第二代中继卫星TDRS-H～J、欧洲试验中继卫星ARTEMIS、日本的试验卫星ETS-VI、试验中继卫星COMETS以及实用中继卫星DRTS等卫星的特点及关键控制技术,同时描述了部分中继卫星的控制方法,对我国中继卫星控制系统方案的确定具有一定的借鉴意义。     

用户星星间链路天线指向控制系统试验研究

仿真验证是设计控制器的重要一环。设计的用户星天线指向控制系统的半物理仿真试验系统是由天线样机及其驱动器、xPC实时仿真平台、图像处理计算机和中继卫星模拟器组成。中继卫星模拟器是试验系统的关键,基于用户星对中继卫星的跟踪规律,设计中继卫星模拟器。试验结果说明该试验系统有助于工程设计用户星天线指向控制系统。     

中继卫星正常模式星体和天线两级控制耦合动力学初步仿真

重点研究了中继卫星星体和天线两级控制之间的动力学耦合影响问题。首先建立了飞轮控制柔性卫星动力学模型,并通过模态分析和柔性动力学计算给出了各类动力学参数;然后重点对星体和天线两级控制系统进行了描述及其控制器设计,并针对同步轨道飞轮正常工作模式按单、双天线跟踪或回扫工况进行了耦合动力学仿真;最后根据仿真数据和曲线进行了结果分析,给出了初步结论。     

中继卫星支持航天器实时精密定轨技术研究

通过分析美国跟踪与数据中继卫星系统卫星增强服务,结合我国数据中继卫星系统和北斗卫星导航系统发展现状,总结得到对我国发展数据中继卫星系统卫星增强服务,以实现低轨道航天器实时精密定轨的几点启示:加快建设北斗卫星导航系统全球增强系统;通过冗余提高北斗卫星导航系统全球增强系统可靠性;增加我国数据中继卫星支持广播的能力;建立我国数据中继卫星系统卫星增强服务标准;增加多系统联合定位技术支持;与北斗卫星导航系统D2导航电文配合使用;进行数据中继卫星系统卫星增强服务试验以积累技术经验。     

数据中继卫星系统低轨卫星轨道位置速度简化计算方法

利用低轨卫星6根轨道参数在混合地心系建立微分方程,简化计算卫星位置和速度矢量,算法适用于硬件资源有限的星载控制器。通过实际应用表明,性能和精度满足指标要求,可在数据中继卫星系统中使用。     

前苏联航天测控系统

前苏联航天测控系统包括2个飞行控制中心,约15个测控站,6艘测量船和2颗中继卫星。本文分别介绍了飞行控制中心、测控站、测量船和中继卫星的基本结构与主要功能。     

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。     

用户星天线指向控制设计初探

在数据中继卫星系统中，为保证用户星和中继星间的通信，用户星天线要精确指向中继星。由于天线指向系统和姿态控制系统间存在动态耦合，天线桅杆又有拉伸和扭转变形，所以仅靠卫星的姿态控制不能达到要求的指向精度，必须采用独立的指向控制系统。本文针对这一情况，首先分析了用户星天线指向跟踪信号，并设计单轴天线控制器。仿真结果表明，用典型跟踪信号作为输入，可得到满意的跟踪精度。     

嫦娥四号着陆器定向中继链路指向及盲捕策略

嫦娥四号任务中,着陆器通过定向中继链路,向"鹊桥"中继卫星发送数传数据。为了实现窄波束定向天线对中继卫星的实时指向控制,制定了嫦娥四号中继任务的定向中继链路指向控制策略。同时,针对由于窄波束天线指向误差、着陆器着陆姿态误差以及故障情况下无法获知自身位置、姿态等问题而导致的中继链路丢失问题,制定了中继链路盲捕策略。文章论述了策略制定的依据、分析过程及实现流程,对此策略在嫦娥四号在轨任务中的实际应用和验证进行了总结。     

太阳同步轨道卫星中继测控天线覆盖特性优化研究

我国天链一号数据中继卫星系统的初步建成,大大提高了低轨用户卫星的测控效率,但用户卫星中继测控天线有限的波束角影响了其对数据中继卫星系统的覆盖率。为此,文章提出一种垂直于卫星轨道面方向的准半球状增益中继测控天线布局方式,适用于整星尺寸较大或使用晨昏轨道的太阳同步轨道(SSO)卫星。这种方式充分利用该方向对中继卫星的长时间可视弧段,能有效提高中继测控的覆盖率,对天链一号数据中继卫星系统的覆盖率在95%以上。同时,单个中继测控弧段的平均时长约为60min,弧段之间的平均等待时间约为20min。其覆盖特性的各项指标相比于常规的对天面中继测控天线具有明显的优势,能显著提高中继测控任务的实时性和灵活性。     

美国的中继卫星

前言中继卫星的全称是“跟踪与数据中继卫星”,由两颗中继卫星和一个地面站构成的跟踪网称为“中继卫星系统”。中继卫星系统的任务是对低、中轨道的卫星或其它航天器进行几乎连续的跟踪、遥测、指挥和实时数据传输。美国计划在1981年用航天飞机发射第一颗中继卫星。一旦中继卫     

数据中继卫星系统的研制与分析

在简述数据中继卫星系统发展历史的基础上,论述了它的突出优点和相应的对用．户航天器的要求,重点剖析了研制中继卫星带来的共性难点和在总体设计上的特殊性,介绍了中国数据中继卫星的发展历程、应用范围,并对我国数据中继卫星的发展进行了展望。     

充液挠性多体航天器的变结构控制

本文首先给出了充液中心刚体上铰接有多个挠性附件的开链多体系统的简化动力学方程，并以跟踪与数据中继卫星为例，用变结构控制方法设计了系统的控制器。控制任务是驱动单址天线使之精确地跟踪期望的运动规律，同时保持星体稳定，并且有效地抑制弹性附件的振动。数值算例证明了所设计控制规律的有效性。     

基于干扰观测器的受扰卫星姿态控制器设计与优化

对复杂环境下的卫星姿态控制进行了研究,针对存在外界干扰和转动惯量不确定的卫星姿态控制,建立了基于误差四元数卫星姿态动力学与运动学方程,在此基础上设计了反演滑模控制器,构造Lyapunov函数并从理论上证明了闭环系统的稳定性;设计非线性干扰观测器(NDO)对等效干扰进行估计,使控制器输出力矩减小,有效降低了输出饱和的风险,同时抑制了滑模控制带来的抖振;为了获得更好的控制效果,以控制器参数为优化变量,综合考虑了控制器的动态性能和被控对象的输入受限条件,建立了评价函数,利用改进的粒子群算法对控制器参数进行优化。仿真结果表明设计的控制器可行且有效,得到了较好的控制效果。     

中继终端:天基测控搭建太空“天路”

正神舟十一号飞船成功发射后,要确保与地面通信的实时畅通,就必须依靠中国航天科技集团公司五院西安分院研制的中继终端。通过与中继卫星天链一号实现"太空握手",中继终端成为天基测控的重要终端。中继终端的应用,使我国的天基测控通信得以成为现实,从而在太空中搭建了地面与卫星,卫星与飞船之间的"天路"。当神舟十一号飞船进入预定飞行轨道时,中继终端将计算出中继终端天线的指向数据。之后,中继终端中的转动设备将天线指向中继卫星天链一号,这样     

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...     

2008年各国航天发射活动回顾（下）

中国 我国2008年共发射了1艘载人飞船、1颗数据中继卫星、1颗通信卫星、2颗气象卫星、4颗遥感卫星和4颗科学技术卫星。 4月25日,长征3C火箭在西昌发射了我国第一颗数据中继卫星“天链”1号01星,这也是长征3C新型运载火箭的首次发射。该卫星填补了我国数据中继卫星领域的空白。     

中继卫星多址链路调度问题的约束规划模型及算法研究

中继卫星多址链路调度问题是中继卫星系统应用中必须解决的重要问题,其重要特点在于,中继卫星与用户航天器之间并非时时可见,因此通信任务存在可见时间窗口约束。只有在可见时间窗口内,通信任务才可能执行并完成。在进行合理假设的基础上,采用人工智能中的约束规划技术,建立中继卫星多址链路调度问题的约束规划模型,并提出了基于时间窗口期望值的多步迭代算法。应用结果表明,中继卫星多址链路调度模型的建立与求解是合理的。     

一种提高我国空间站中继测控覆盖率的方法

根据中继卫星的定点位置,对我国中继卫星-空间站的几何覆盖率进行了分析,并对提高空间站中继测控覆盖率的途径进行了研究,提出了一种采用不同舱段的2副中继天线融合使用,并通过调整天线安装布局提高中继测控覆盖率的方法。经理论分析和仿真验证,该方法能够有效地提高空间站中继测控覆盖率,可为我国空间站中继天线的安装布局设计提供参考。     

航 天 短 讯

<正>天链二号01星成功发射据中国空间技术研究院网站2019年4月10日报道,3月31日,天链二号01星在西昌卫星发射中心成功发射,这是我国第二代地球同步轨道数据中继卫星的首发星,标志着我国数据中继卫星系统能力再次大幅提升。卫星由中国空间技术研究院通信卫星事业部抓总研制,采用东方红四号卫星公用平台,主要为飞船、空间技术实验室、空间站以及中、低轨道遥感、测绘、气象等卫星提供数据中继和测控服务。在