国外数据中继卫星系统最新发展及未来趋势

作为天基测控系统,数据中继卫星大大提高了对用户星的覆盖率,减少了地面布站的数量,节约了成本,是各主要航天国家重点建设的航天系统之一。目前,美国、俄罗斯、欧洲和日本均发展了自己的数据中继卫星系统,在对空间和地面系统进行升级改造的同时,以小卫星星座、搭载载荷等灵活的形式,采用激光通信、软件无线电、组网等先进技术积极研发和部署下一带卫星系统,并谋划与行星中继卫星一起构建跨太阳系的中继卫星体系。总结了国外中继卫星系统的发展现状和未来,综合分析了关键技术和发展趋势,并对中国中继卫星的发展提出了建议。     

中继卫星资源调度问题研究现状与展望

随着跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)的发展以及中继应用需求的增加,其资源调度成为决 定系统性能的关键因素之一。分析了包括描述方法、活动与资源、约束条件等在内的中继卫星 资源调度问题基本内涵,研究了目前中继卫星资源调度的数学模型和实现算法,比较了不同 数学模型和实现算法的优缺点。针对未来卫星激光和微波链路联合组网的发展趋势,提出了 基于多终端-多节点及基于资源故障的激光/微波混合链路中继卫星资源调度的基本方法。     

两颗中继卫星共用测站协同控制研究

中继卫星地面应用系统建设周期长、建设造价昂贵。处于相近轨位的两颗中继卫星使用同一个测站进行测控和数据中继应用,能够有效降低系统建设成本。通过梳理卫星各平台测控事件之间的时间约束关系及其对地面应用系统的设备的使用约束,分析了测定轨精度、位置保持、星蚀期能源管理、地敏探头干扰保护对共用测站的影响,提出了两颗中继卫星分时测定轨、位置保持分别进行地敏探头干扰保护的方法,以及平台应急条件下共用测站控制支持模式。最后,就共用测站执行数据中继任务提出了建简易备份站降速使用的建议,为中继卫星地面应用系统建设提供有益的参考。     

近空间跟踪与数据中继系统的初步设想

提出"近空间跟踪与数据中继系统"的设想,分析了它与"跟踪与数据中继卫星系统"(TDRSS)的区别,讨论了它的优势,给出了简单的方案设想,指出了尚需进一步深入研究的问题。     

功率约束下的星地协作网络中断概率分析

针对星地协作网络，考虑中继节点转发卫星节点信号时会受发射功率和干扰功率约束，提出了一种基于中继节点与目的节点间链路最大信噪比准则来选择中继节点的放大转发部分中继选择策略。在卫星链路遭受阴影莱斯衰落和地面链路遭受瑞利衰落情况下，推导出系统中断概率下界的闭合表达式。仿真结果表明了理论分析的正确性，并展示了不同阴影莱斯信道参数、不同中继数目、不同功率约束对中断概率的影响。     

中继卫星系统用户终端关键技术分析

用户终端在跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)中具有重要作用。介绍了中继卫星系统用户终 端的分类、功能和组成,重点对用户终端采用的全数字化可编程综合基带、自动增益控制（ AGC）、相参转发和小型化等关键技术进行了总结和分析,已工程实现的用户终端功能和性能 满足系统要求。最后,提出了用户终端技术的发展趋势。     

基于卫星中继的无人机图像传输系统

基于卫星中继的无人机图像传输系统在遥感图像的传输中有着十分重要的作用。首先讨论了这种系统的应用意义 ,然后提出了一种具体的实现方案 ,对系统中的几个关键部分的设计进行了详细分析。目前的实验成果表明 ,这种基于卫星中继的无人机图像传输系统方案是可行的。     

基于小卫星中继的远程通信方案

为满足远程局部战场的通信需求，提出了一种以小卫星为中继的远程通信方案。在 分析远程通信系统组成和工作原理的基础上，综合考虑环境因素推算了小卫星轨道参数，构 建了具备通信中继功能的中椭圆回归轨道小卫星星座，实现了战机-作战指挥中心通信功能 ，通过STK软件建立了基于小卫星中继的远程通信覆盖模型。仿真结果表明，该方案对指定 战区的平均覆盖率为9969%，作战指挥中心与战机的可连接时间达到98.26%。     

一种应用于海上浮标的卫星中继通信终端

为了实现四级海况下海上小型浮标与岸基站数据中心之间的实时通信，设计和研制了一种高速率、低延时和高可靠的S频段卫星中继通信终端。该卫星中继通信终端由S频段中继通信机、抛物面天线、伺服跟踪机构、电源变换模块、温度控制器以及耐10 m水压的天线罩体等组成。终端为直径1 m的半球体，质量小于30 kg，最大峰值功耗小于等于130 W。卫星中继通信终端利用快速捕获跟踪卫星信号技术，能在7 s内迅速捕获和跟踪卫星前向链路信号；采用自适应海况可变码率技术提高了数据传输的可靠性。四级海况下，卫星中继通信终端实现了浮标与岸站之间最大2Mb/s高速率实时数据传输，大回路数据通信误码率小于等于10-5。     

中继终端设备的天地网关功能设计与性能测试

近年来,空间网络协议大力发展,CCSDS空间网络协议体系已成为事实上的标准。基于跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）地面站中低速中继终端设备进行相应改造,增加网关路由板卡,加载CCSDS空间传输协议软件,将原来的中低速中继终端设备改造成带有路由网关功能的中低速中继终端设备。在此基础上,采用两台增加路由网关功能的中低速中继终端设备以及信道模拟器搭建天地网络演示验证系统,并分别对采用TCP协议和PEP增强协议作为传输层协议的HTTP应用进行了性能分析比对,证明PEP增强协议更能适应天地网络传输。     

航天测控技术的过去,现在和未来

本文综述了航天测控体制的三个发展阶段－分离测控系统阶段、统一载波测控系统阶段、天基测控系统（ＴＤＲＳＳ和全球定位系统（ＧＰＳ））的阶段。并对近代测控系统的新应用进行了介绍，如载人航天、小卫星测控、巡航导弹测控以及深空跟踪测控。最后概述了航天测控的发展方向。     

测量船外测数据的四矢量误差分析方法

航天测量船外测数据处理精度对航天测控具有着重要的意义。针对测量船测量机理复杂的难题,在分析测量船主要误差源的基础上,提出了测量船四矢量误差的概念,并分析了其对航天测量船外测精度的影响。结果表明,设备本身的测量误差是主导因素,船摇测量误差次之,变形测量和船位测量的误差处于较小量级,最后通过实际应用验证了四矢量误差分析的准确性和实用性。     

高动态临近空间飞行器海上组网测控方案设计

为解决高动态临近空间飞行器海上测控对测量船数量需求较多、现有船队规模无法满足的难题,在分析测控需求特点的基础上,提出了一种基于测量船与临近空间飞艇组网测控的新模式。结合近中程、远程飞行试验分别进行了测控总体方案设计,并讨论了海上组网测控需要研究的关键技术。相关研究对我国后续开展高动态临近空间飞行器海上测控系统建设具有一定的参考价值。     

远程无线控制系统的设计与实现

由于保密的要求以及铺设专网耗资巨大等问题,测量船对远程的 标校设备无法进行有效的控制。通过选用无线网桥技术设计了一套无线控制系统,并开发了 网络控制模块以及相应的软件,进而实现了测量船对远端设备的有效控制。测试表明,系统设 计合理,控制便捷,具有可靠性、安全性和扩展性高等优点,完全适用于测量船远程控制。     

基于VPX架构的无人机测控终端综合化开放平台技术

通过对无人机互通互联互操作等通用化测控系统的研究,提出了基于VPX架构的无人机测控终端综合化开放平台技术,通过采用标准化、通用化硬件模块,软件设计统一规范和标准,嵌入第三方软件,实现任务功能协同开发。该技术可以支持陆态、海态、陆海态等多种不同体制平台任务的任意加载,为实现地面站与地面站、地面站与舰面站、舰面站与舰面站之间的多站一机管控切换提供了有力支撑,有效增强了无人机系统跨域作战的能力。同时,系统能够满足无人机多类型、多型号不断扩展的需求,减少无人机测控装备种类,降低新型无人机系统装备建设成本,提升了无人机系统的生存性、灵活性和作战效能。     

测控通信系统射频资源可重组技术

测控通信系统的资源重组将是飞行器测控通信系统的发展方向。在中频实现测控终端重组的基础上,通过对射频重组构架的分析,得出了射频交换网络的性能和射频远距离传输的性能直接影响射频重组的可行性,提出了一种可行的全系统资源重组的测控体系构架,即采用微光电子射频交换网络与射频光波传输技术实现射频信号大规模交换及远距离传输,再结合中频重组以实现全系统资源重组,并对相关性能进行了分析。所提出的设计思路可供测控通信系统实现全体系的资源重组借鉴及参考。     

基于组态王的标校远程监控系统软件设计

为满足测量船远程监控标校塔标校设备的需求,在原有基于C/S监控模式不能适应高 密度任务的情况下,提出利用组态王KingView开发B/S网络模式的标校设备远程监控软件 。首先给出了远程监控系统的组成和控制对象,进而应用KingView进行监控软件设计,通过 画面布局设计、数据字典构建、动画连接实现了监控需求,采用中 间件技术实现了组态王对其它不支持板卡的调用。测试和运行表明,该监控软件实现了测 量船对标校设备的实时监控,实现的系统具有升级/维护便利、操控简单可靠等特点,对测 量船的标校工作做出了重要贡献。     

采用压缩感知的直扩测控信号处理

鉴于扩频测控系统宽带化带来的高速采样压力和高数据率问题,研究了基于压缩感知的直扩测控信号处理方法。通过深入分析直扩测控信号稀疏性,构造了延时-多普勒基字典,提出了基于压缩感知直扩测控信号处理框架,并针对直扩测控信号特点给出了改进正交匹配追踪重构算法,最后针对该信号处理方法的可行性和性能分别进行了仿真实验。仿真结果不仅验证了方法的可行性,同时表明可以在不影响解调性能条件下大幅度降低采样率或数据率,并具有一定的降噪效果,这将为直扩测控通信系统提供一种高效的模数转换和同步解调处理方式。     

阵列天线在UXB系统标校中的应用

测量船基地现有标校塔与测量船距离只有980 m,无法满足高频段统一X频段（UXB）系统天线的远场标校距离条件。针对这一难题,提出了一种利用阵列天线合成准平面波的方法,实现在近场距离条件下的远场标校。在现有标校塔上架设安装阵列天线设备,利用16个单喇叭天线组成4×4的天线阵,并通过控制单个喇叭天线元的幅度和相位,使得传播到测量船UXB天线口面处由阵列天线合成的电磁波是准平面波,满足X频段天线远场标校要求。综合运用最优化理论和遗传算法,对阵列天线元的幅度和相位权值进行调节和优化,使得合成的电磁波更为接近准平面波。计算机仿真实验和外场条件下的实际测试均验证了该方法生成的准平面波能够满足UXB天线远场标校要求。     

船载外测数据的实时检择方法

分析了航天测量船的任务特点和船载外测数据的野值特性，研究实时处理船载外测数据野值的检择方法。通过两套设备的外测数据信息横向比对消除船摇对数据检择的影响，建立了自适应权值和阈值的模型，给出了基于坐标转换和加权融合的分步式船载外测数据实时检择方法。实例数据验证结果表明所提方法可以实时有效地解决外测预处理阶段的野值检择问题。