能使小卫星利用TDRSS和DRS的新型S波段用户转发器的开发

在ＣＳＡ支持下，按ＥＳＡ／ＥＳＴＥＣ合同，一种小型Ｓ波段转发器即将问世。ＣＡＬ公司是主承包商，英国国际卫星有限公司为主要子承包商。这种不型Ｓ波段用户转发器主要用于小卫星，是一种独立，不轩份的，双标准ＴＴＣ转发器。相对于目前市场上的双标准转发器，本转发器采用的灵活设计方案，可满足多种技术要求和特性指标，而功耗，重量以及重复生产成本都很低。     

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:     

小型低成本地面站的性能

本文探讨了用于小卫星的小型低成本半机动S波段地面站的性能极限。首先介绍空间新技术有限公司(SIL)地面站硬件和天线控制软件,然后计算在各种工作条件下的性能,包括对低地球轨道、高椭圆轨道和地球同步轨道任务的性能。最后为卫星任务设计者或规划者提供一些实际极限,特别是各种卫星任务中小卫星配合小型地面站可达到的下行链路性能。     

卫星移动通信和无线电定位系统的规划

近几年来已设计了不少卫星移动无线电系统,某些系统正在逐步实现。在美国,联邦通信委员会(FCC)鼓励工业界提出各种可能的设计方案,美国和加拿大的工业界已作出积极响应。最近FCC已将其分配在UHF和L频段上。尽管绝大多数系统提供电话和电报通信,但也有一些系统还可提供无线电位置确定或定位,因此需要两颗或更多的工作卫星。本文讨论了采用卫星进行移动通信和位置确定的某些系统问题,涉及的课题有频率选择、调制/多址形式和系统设计,并且研究了主动、被动交调和多径干扰的影响。本文分析了小型国内移动通信系统的通信性能和位置确定精度。该系统中卫星移动通信转发器只是其它C波段或ku波段固定通信业务有效载荷的一部分,其中备分卫星的轨道位置不完全取决于单纯无线电定位要求。系统的综合考虑和论证结果,得出了一种具体的调制/多址系统。该系统的信道容量大,测距精度高和抗多径衰落能力强。     

用于GPS外测的数字转发器

目前,在许多导弹跟踪测量中,例如三叉导弹和ERLS(大气层外再入体拦截器系统)试验,使用几种模拟转发器。安装在导弹上的转发器将接收到的L波段信号变为S波段再发送到地面的转发处理系统(TPS),对飞行器进行定位。这种方法较之使用GPS靶场测量吊仓分系统的优点在于飞行硬件体积小、重量轻以及造价低。此外,在TPS中采用专门的跟踪环,可以在50g加速度和50g/s加加速度这样极高动态条件下跟踪GPS信号。此外,在TPS中使用用户专门研究的信号处理技术可在几秒钟之内快速捕获转发信号。靶场应用计划联合办公室的弹道导弹转发器体积为655立方厘米,重量为2.27公斤。以现有技术采用数字转发器设计方案完全可生产出体积更小巧的设备。正如本文所指出的那样,对于某些应用,数字方案可大大改善跟踪性能,并增加许多其它功能,例如保密计划中可对信号加密。用现行技术制造的数字转发器可以封装于一个82立方厘米的模块中。本文叙述了这种设备的设计,讨论了在追求比模拟设计方案体积更小、性能更好场合的应用。     

一种标定中继卫星SSA转发器距离零值的试验方法

中继卫星对用户航天器具有测距功能,中继卫星前/返向SSA(S频段单址)转发器时延引入的距离零值对用户航天器测距数据系统误差的贡献不容忽视。针对中继卫星SSA转发器距离零值不易直接测量的问题,给出了一种标定距离零值的O-C试验方法,并根据连续多天实测的中继卫星多站测距数据和中继卫星对固定模拟测试站四程测距数据标定了2颗中继卫星S频段单址转发器的距离零值,验证了试验方法的有效性。标定结果进一步分离了中继卫星对用户航天器四程测距数据的系统误差,对提高用户航天器定轨精度具有积极意义。     

X波段数据就地接收对改善用户服务及降低EO系统成本的重要性

通过一个大型地区性地面站系统很难满足大量潜在EO(对地观测)用户对廉价、及时获取数据的需求。由于大多数用户只需要当地数据(高仰角的),BURS公司设计建造了一个廉价X波段接收机系统,利用不到3米的天线可采集90°弧段范围内卫星(ERS-SAR,SPOT和JERS)发射的信号,其关键性部件是一个4贴片天线接收机系统。该系统锁定到S波段信标信号上,为闭环反馈跟踪系统产生位置误差信号。该系统采用了新颖液压驱动装置控制轻便型抛物面天线的俯仰,运动。接收到的X波段数据随后被送入一台或多台PC机。开发这种设备对未来EO系统的设计及运行操作具有深远意义。一种可能性就是多颗低价格/低功率小卫星配合当地自筹资金服务网建立的众多地面接收机构成EO系统。     

移动卫星通信系统中转发器资源的管理

世界无线电管理会议在1987年的移动通信会议上(Mobile-WARC-87),为陆上移动业务分配了L波段频谱,给九十年代初实施这种业务铺平了道路。转发器资源的管理,即功率、带宽和点波束天线的管理,对移动卫星网络的设计与运行提出了一套特有而又重大的问题。本文介绍的是一种三层次结构法,并找出了解决这些问题所需的技术要求。顶上两层将转发器分配给天线点波束,而转发器的功率和带宽分配给不同的业务,这里采用了可重新组配的固定安排。最低一层采用了按需分配和包式多址协议,以便各用户共享资源。把资源管理问题分解成多个便于管理的部分,就可减小复杂性并增强网络的稳健性。     

卫星双向法与卫星测距

卫星双向时间比对是目前远距离台站时间比对精度最高的时间同步技术,时间比对精度达几百皮秒,比GPS共视技术的时间比对精度几乎高一个数量级。中科院国家授时中心根据多台站卫星时间比对经验,提出利用卫星双向比对技术进行卫星测距(称转发器定轨)。实验证明:利用卫星双向技术(卫星需要转发器)进行卫星测距,可得到高精度卫星轨道(内符精度为几厘米)和卫星预报轨道。     

欧洲的第二代数据中继系统

根据下世纪初大致的用户情况,欧洲数据中继系统将进入第二代,提出了几种新的系统结构,并从空/地段组成及费用进行了比较。所考虑的主要用户包括在轨基础设施(即哥伦巴斯)及保障它的运载工具(即赫尔墨斯及其后续型号)、地球观测平台、微重力自由飞行器及科学卫星。未来的第二代数据中继卫星一般装备一部S波段多址天线,用于同低地球轨道(LEO)卫星进行低数据率通信;并装备若干个光学终端,用于同低轨道和同步轨道卫星进行高数据率通信。如果需要同其它第一代数据中继系统相兼容,则也许还要使用Ka波段天线。该系统有两颗或三颗数据中继卫星,使用一系列关键技术,如光学线路和星上处理,以及改进的系统结构,将会: ·提高业务的可用性,增大容量; ·提高对低轨用户航天器的覆盖范围,可完全消除对400公里高卫星的覆盖空白区(ZOE); ·借助用户单位安装的小型、廉价地球站可以更方便地接通中继卫星系统。     

航空航天技术

法国宇航公司向代表鑫诺卫星通信有限公司的中德合资的华德宇航技术公司交付了鑫诺一号通信卫星。该卫星将提供多种通信服务(电视、电话和银行间的数据传送等),服务区域覆盖整个中国、印度支那半岛、印度尼西亚和菲律宾。鑫诺一号采用Spacebus3000平台,起飞质量为2820千克。鑫诺一号卫星具有三轴稳定,其26米长的太阳能板将能提供超过5千瓦的功率,有效载荷为24个C波段和14个Ku波段转发器,将在东经110度上空的地球同步轨道上向上述广大地区服务,寿命超过15年。鑫诺卫星将在中国的西昌卫星发射中心用长征3乙型火箭发射     

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。     

ETS—VI上搭载的用于S波段星间通信的星上轨道计算和跟踪系统

本文介绍了日本工程试验卫星-Ⅵ(ETS-Ⅵ,将于1992年发射)上的S波段星间通信设备(SIC)的星上轨道计算和跟踪系统。该星间通信设备有一副多波束相控阵天线,用54个移相器调整波束指向。根据星载微处理器的星上轨道计算结果来控制54个移相器,使波束指向任何所需的用户卫星。星间通信要求精确的星上波束指向,本文介绍了一种方法,可用于星上轨道计算并估计由系统所考虑的各摄动所引起的波束指向误差。     

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。     

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。     

ARTEMIS计划——欧空局的试用数据中继卫星

“高级中继和技术卫星”(ARTEMIS)是欧洲空间局数据中继和技术卫星(DRTM)计划的一部分,该计划由两个独立部分组成:ARTEMIS和数据中继卫星(DRS)。Artemis工程的主承包商是意大利的ALENIA SPAZIO(ALS),它领导了一个由若干欧洲和加拿大的大型公司组成的工业财团。ALS目前正在制造这颗卫星,预计1998年中作好发射准备(发射时间已推至2000年—译注)。 本文第一部分介绍Artemis卫星的性能和关键特性。Artemis是一颗地球同步卫星,用于数据中继(光、S/K波段载荷)关键技术的开发,还包括高级通信业务(用于移动通信的L波段载荷)的开发。 此外,Artemis还将试验一些能改进欧洲卫星平台的实用化技术(离子推进器,镍—氢电池和精密太阳传感器)。 为承载上述要求很荷刻的载荷,ALS开发了一种卫星平台,能承载600kg以上载荷,提供ZkW的功率。研制过程中特别强调开发一种可重复用于未来航天计划(例如数据中继卫星计划)的平台。卫星设计中密切注意了与多种运载火箭的兼容性,以适应绝大多数发射市场的运载火箭。 第三节介绍该星的开发方法。为使准备制造的各种研制模型最佳化,确保系统成功验证,制造了一系列子设备/装配系统的模型,并经过专门的质量检验测试,包括绝大多数环境试验,旨在降低未来卫星的成本。本文最后一节介绍该计划     

统一S波段测控系统的发展及现状

统一S波段测控系统(USB)是在Apollo任务中发展起来的一种综合测控体制。它将跟踪、遥测、遥控、话音信号调制在同一无线电载波上,从而大大减少了星载设备的数量和重量,简化了测控操作。由于统一S波段测控系统所具备的显著优点,Apollo任务之后该体制迅速为各国航天测控系统所采用。到了八十年代,欧空局、法国、日本、德国等相继建立了自己的统一S波段测控网,并能同美国的统一S波段地面网络联网。八十年代以后,随着跟踪与数据中继卫星系统的不断完善以及航天器自主程度的不断提高,地面站存在的价值曾一度为人们所怀疑。然而事实证明,地面测控系统在航天任务保障中仍占有不可取代的重要地位。国内外已有大量文献介绍了Apollo统一S波段测控系统,因而本文重点介绍继Apollo任务之后统一S波段测控系统的发展以及现状。着重论述自动化程度的提高,硬件的改造及小型化,可移动地面站的出现等几个方面。并简要分析了今后可能的发展动向。     

小型低成本地面站的性能

本文探讨了用于小卫星的小型低成本半机动Ｓ波段地面站的性能极限。首先介绍空间新技术有限公司（ＳＩＬ）地面站硬件和天线控制软件，然后计算在各种工作条件下的性能，包括对低地球轨道、高椭圆轨道和地球同步轨道任务的性能。最后为卫星任务设计者或规划者提供一些实际极限，特别是各种卫星任务中小卫星配合小型地面站可达到的下行链路性能。     

转发式GPS外测系统的接收站设备

在高级拦截器技术计划中利用GPS卫星导航系统来精确测定两种飞行器的弹道。在每个飞行器上安装一个弹道导弹GPS转发器(BMT)咸一个GPS遥测发射机(GTT)。接收站布在现有遥测站上,安装了所需的专门设备,负责接收、记录和处理来BMT和GTT的信号。     

通过事后分析提高GPS的外测精度

通过事后分析可以提高GPS的外测精度。为了试验和鉴定目的,欲测量被试验体的时间空间位置信息(TSPI),现在已有不少方法。如果使用GPS,可考虑两种方案。一是在被试验体上装载GPS接收机,在运功体上测定TSPI,再通过遥测将数据送到地面。二是在运动体上装载一个GPS变频转发器,传送宽带GPS信息到地面。在地面站完成TSPI测量。本文指出,与装载接收机相比,装载GPS转发器的方案可以获得更高的测量精度。精度的提高来自两点:装载GPS接收机时仅处理来自4颗卫星的距离,得到运动体的位置。在某一位置上,所选用的4颗GPS卫星的GDOP值,可能是,也可能不是最佳。在转发方案中,运动体视场内所有信息都转送到地面进行处理。来自所有卫星的宽带数据都加以记录,以便作事后处理。作节后分析时,可按最佳GDOP选择最有利的卫星,或处理视场内所有卫星的数据,得到最高精度。记录宽带数据的能力还带来另外一些重要的事后处理好处。在飞行试验之前,只能估计试验体的飞行动态。飞行体上接收机跟踪滤波器参数依此作调整。如果飞行体运动异常(试验飞行中完全有可能这样),接收机就有可能对卫星失锁,所有的TSPI数据都会丢失。如果用GPS转发器,在地面站记录所有卫星的数据,在事后分析中重放该数据,可根据实际飞行动态,将滤波器最佳化,不会丢失TSPJ数据。此外,还可由数据处理来填补丢失的数据。