中继卫星

中继卫星一、中继卫星的概念二、跟踪与数据中继卫星系统三、中继卫星的组网和发展趋势一、中继卫星的概念中继卫星被称为“卫星的卫星”，可为卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务，极大提高各类卫星使用效益和应急能力，能使资源卫星、环境卫星等数据实时下传，为应对重大自然灾害赢得更多预警时间。二、跟踪与数据中继卫星系统概念简称TDRSS，是为中、低轨道的航天器与航天器之间、航天器与地面站之间提供数据中继、连续跟踪与轨适测控服务的系统，简称中继系统。工作原理是用于转发地球站对中低轨道航天器的跟踪测控信号和中继航天器发回地面的信息的地球静止通信卫星。跟踪与数据中继卫星的作用，相当于把地面的测控站升高到了地球静止卫星轨道高度，一颗卫星就能观测到大部分在近地空域内飞行的航天器，因此由两颗卫星和一个测控站所组成的跟踪和数据中继卫星系统，可以取代配置在世界各地由许多测控站构成的航天测控，实现对中、低轨道航天器85%～100%的轨道覆盖网（美国TDRSS现正在运行的卫星有7颗）。我国的“天链一号”卫星系统“天链一号”三星组网示意图（三星均匀分布）工作轨道中继卫星轨道的选择遵循下面两项原则：1）卫星和相应的地球站之间应能直视（与使用的微波频段有关）2）卫星对它的用户轨道应有尽量大范围的覆盖各国的中继卫星均设置在地球静止轨道（地球同步轨道）上用途跟踪、测定中、低轨道卫星：为了尽可能多地覆盖地球表面和获得较高的地面分辨能力，许多卫星都采用倾角大、高度低的轨道。跟踪和数据中继卫星几乎能对中、低轨道卫星进行连续跟踪，通过转发它们与测控站之间的测距和多普勒频移信息实现对这些卫星轨道的精确测定。为对地观测卫星实时转发遥感、遥测数据：承担航天飞机和载人飞船的通信和数据传输中继业务满足军事特殊需要系统工作过程基带入BDUMFUCHPABDULNADCFDEM基带出处理器发基带调制器中频滤波器上行变频器功率放大器放大器低噪声下行变频器中频滤波器解调器处理器收基带射频线路中频线路卫星无线电线路上行空间路径下行空间路径发送站一个已调载波通路接收站一个已调载波通路卫星通信使用频率电波应能穿过电离层，传输损耗和外部附加噪声应尽可能小有较宽的可用频带，尽可能增大通信容量较合理的使用无线电频谱，防止各宇宙通信业务之间及与其它地面通信业务之间产生相互干扰通信采用微波频段（300MHz-300GHz）微波波段的优点（1）微波波段的载波工作频率高，在相对带宽相同的情况下，起新到的绝对贷款比短波要大得多，因而可以传送较多的信息量（2）由于微波波段波长短，所以容易制成高增益天线。天线增益可达几十dB。（3）天电干扰、工业干扰及太阳黑子的变化在微波波段基本不起作用。（4）与有线通信相比，微波中继通信有较大的灵活性。（5）在微波波段，电磁波的传播是直线视距的传播方式。要进行远距离通信，必须采用中继通信方式。卫星通信使用频率C频段（3.4-6.65GHz)Ku频段(10.95-18GHz)Ka频段(18-40GHz)L频段(1.12-2.6GHz)其他频段(UHF,S,X,Q,V)中继卫星的组网特点空间段具有备份节点、备份星地面段配置备份中心、备份站系统具备2颗卫星共位能力（轨位资源、全功能、延长寿命）系统具备轨道漂移能力（定期调整）在IPN网络中的应用IPN网络组成1）IPN骨干网2）IPN行星网3）IPN接入网IPN骨干网•组成：大容量链路和高处理能力节点•功能：实现远距离中继通信IPN由骨干网、行星网和接入网组成16IPN行星网•组成：行星上的卫星和表面探测器•功能：自主协同实现各类探测器的组网通信IPN由骨干网、行星网和接入网组成17IPN由骨干网、行星网和接入网组成18IPN接入网•组成：骨干网和行星网中的边界节点•功能：骨干网与行星网的连接中继卫星的发展趋势激光链路未来美国宇航局SCaN(太空通信与导航系统)网络发展趋势通信频段向高频段方向发展激光通信链路的组建天基网的互联互通强性能卫星天线先进的调制技术用户接入和卫星资源分配由人工调度分配方式向自动化调整分配方向发展!在发展中继卫星系统的同时，用户终端将朝着小型化智能化低功耗和高可靠性方向发展!在中继星应用方面，原单址通信方式将向多址通信方式发展，以增加中继星的用户容量!中继卫星天线资源分配中继卫星用于建立星间链路的天线资源一般可分为单址天线和多址天线两种。单址天线提供一条单址链路,不同波段(S波段、Ku波段、Ka波段)的信号都可以通过这条单址链路进行传输。目前国外中继卫星如TDRS等一般配有两个单址天线,因此可同时提供两条单址链路。在只有单用户航天器与中继星可见或是某用户航天器的传输任务优先级别较高的情况下,一般采用单址天线与该用户航天器建立星间链路,链路最高速率级可达每秒兆比特级。多址天线一般是一个相控阵天线,可以同时形成多个前向和返向波束,通过多址天线的信号,采用码分多址进行区别。当有多颗用户航天器需要与中继卫星传输数据并且同时满足可见条件时,此时中继卫星应开通多址天线来对所执行任务优先级别比较低的用户航天器进行跟踪定位并建立星间链路,此时所形成链路为低速率链路,最高速率级为每秒千比特级。应注意的是单址天线与多址天线之间具有的一定程度的可替代性,如S波段信号既可以通过单址天线传输,也可以通过多址天线传输