国外跟踪与数据中继卫星的发展现状及趋势

国外跟踪与数据中继卫星的发展现状及趋势王景泉１９８３年美国跟踪与数据中继卫星网络的建立，标志着自５０年代后期开始的利用地基跟踪与数据网支持低轨道航天器的测控通信模式发生了根本性改变，测控通信能力有了突破性提高，大大促进了空间技术的发展。鉴于跟踪与数据...     

跟踪数据中继卫星系统的哲学问题

指出目前国际上五种跟踪数据中继卫星的技术特点及其缺陷。对与此有关的技术问题如跟踪天线、星间链路、统一基带数据流、信道编码技术、精确定位等作了简单说明。对我国开展这方面研究提出了建议，列出急需研究的十个重要问题。     

用户星姿态对中继终端天线跟踪的影响

用户星姿态对中继终端天线跟踪的影响主要在两个方面：姿态角误差对指向误差的影响和姿态角、姿态角速度对指向角速度的影响。文章首先引入了欧拉轴／角的姿态表示方法,然后根据欧拉轴与指向向量间的位置关系求得了姿态角误差所引起的天线理论最大指向误差,在此基础上,不考虑最大值取值条件的情况下,进一步求得姿态角速度所引起的天线理论最大指向角速度;接着,以常用中继终端天线的安装位置为例,求出了天线指向角速度与用户星姿态角、姿态角速度的数学表达式,这样便于分析各种情况下用户星姿态对天线指向角速度的影响;最后,借助于STK仿真软件进行了仿真验证,[JP2]仿真结果验证了上述结论的正确性。结论表明：天线理论最大指向误差除了与姿态角误差有关外,还受滚动姿态角的影响;天线指向角速度同时由姿态角、姿态角速度和天线指向角度确定。[JP]     

跟踪与数据中继卫星系统

跟踪与数据中继卫星系统可极大地改善地基用户与其低地轨道飞行器之间的实时通信联络,并可大量减少造价昂贵的地面站。本文详叙了各国跟踪与数据中继卫星的发展概况。     

我国跟踪与数据中继卫星星间链路通信频段选择研究

文章从国内用户需求、国际发展趋势、转发器和天线研制难度、仪器及无器件配套等方面，对我国中继卫星星间链路的频段选择进行了研究，并提出了相应的建议。     

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。     

多用户多任务的中继卫星捕获跟踪技术研究

针对中继卫星用户数量及跟踪任务不断增多,跟踪模式复杂,任务响应速度要求快的特点,文章给出了对单个用户星捕获跟踪的典型过程,进而提出多用户多任务捕获跟踪策略,其可根据用户星类型、用户星优先级、任务中继服务时刻、可服务时间窗口等条件,经过合理的任务规划,可以同时实现为多个用户服务、优化星地资源配置、简化操控技术。文中应用两副天线跟踪6个目标,验证了中继卫星完成多用户多任务捕获跟踪任务的可行性。     

星间链路角跟踪系统校相分析

中继星和用户星之间的Ka天线角跟踪系统是最典型的星间链路角跟踪系统。文章叙述了用户星角跟踪系统校相指标要求,分析了角误差电压的交叉耦合,简述了校相方案。     

在轨跟踪与数据中继卫星测控关键技术(上)

根据卫星轨道根数，研究了跟踪与数据中继卫星（TDRS）对用户星的精确跟踪规律，并据此分析了TDRS对卫星平台姿态和天线运动范围的要求。介绍了TDRS测控中的关键技术，如螺旋扫描算法在TDRS搜索用户星时的应用、TDRS对近地卫星的覆盖率、TDRS跟踪多用户星的资源分配准则、星蚀和日凌计算，以及轨道位置保持控制策略等。相关控制策略的正确性已在我国地球同步轨道卫星的在轨测控应用中得到了证实，可用于未来TDRS的工程测控和业务应用。     

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。     

基于天链卫星的箭载Ka频段中继用户终端设计与实现

论述了一种利用中继卫星进行通信的通用型箭载Ka频段中继用户终端的设计方案,对微波信道技术、箭星指向算法技术、热控技术、通用化技术等关键技术进行了重点分析,最后给出了该通用型Ka频段中继用户终端的性能指标。     

跟踪与数据中继卫星柔性动力学建模

研究了大型跟踪与数据中继卫星动力学建模问题。首先结合模态综合和混合坐标方法介绍了中继卫星柔性动力学一般模型建立过程;根据工程需要重点对所建立的一般动力学模型利用模态综合进行降阶处理,给出了工程实用的低阶动力学模型和各耦合系数的计算表达式;最后通过一个工程实例对模型进行了验证。     

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。     

基于ESO的用户星天线跟踪指向控制技术

基于独特的非线性扩张状态观测器(ESO),提出了一种用户卫星天线跟踪指向控制系统。该系统由程序跟踪内环和自动跟踪外环组成。内环控制器由三阶ESO、线性比例微分控制律和静态解耦律组成。外环控制器为一简单的积分控制器。ESO能够在不依赖天线模型的情况下估计出系统状态和总扰动(称为扩张状态)。利用该扩张状态实现动态反馈补偿,则天线系统被简化为解耦的积分系统。基于ESO设计天线控制系统,无需精确的用户卫星天线模型。仿真结果表明,提出的天线控制系统具有较高的跟踪指向性能和对干扰和不确定性具有较强的鲁棒性。     

天基为主的空间站测控通信模式

空间站时代为测控(TT&C)通信系统带来保障时间更长、覆盖要求更高、数据传输能力更强、航天员在轨工作生活体验更好等新的挑战,结合中继卫星系统(TDRSS)、卫星导航系统等天基测控通信手段的能力特点,提出以天基手段为主的解决方案,采用多星多舱段接力模式,将航天员出舱等重大活动的测控通信覆盖率提升至接近100%,采用多星多目标工作模式,较好地保障各种交会对接模式,综合利用中继卫星S频段多址(SMA)链路连续业务、短报文业务和北斗短报文业务常态化保障空间站安全运行,应用天地一体网络化技术,为航天员在轨上网、天地通信和载荷实验数据传输提供优质服务。     

适用于微纳卫星的微型电离层光学探测器

文章介绍了质量小、体积小的微型电离层光学探测器技术,给出了探测器的探测原理和设计方案,通过探测原子氧远紫外夜气辉（136.5 nm）辐射强度,反演电离层总电子含量（TEC）。采用轻量化铝反射镜、抗干扰电荷前放设计,实现反射镜、工业级远紫外探测器、电子学的一体化和小型化,研制出适用于微纳卫星的1 kg量级微型空间电离层光学探测器。该型探测器能够利用微纳星群多种轨道搭载,可获得丰富数据的优势,获取全球电离层高时空分辨率总电子含量分布,为未来实现卫星编队探测提供载荷研制基础。