《卫星通信与卫星网络》课件_第9章.pptx

第9章跟踪与数据中继卫星系统;

9.1系统概述;

跟踪和数据中继卫星主要应用在以下几个方面:

(1)跟踪和测定中、低轨道卫星。

(2)为对地观测卫星实时转发遥感、遥测数据。

(3)承担通信和数据传输中继业务。

(4)满足军事特殊需要。;

9.1.1系统组成及工作原理

跟踪与数据中继卫星系统一般由空间部分、地面终端和中继卫星系统的服务对象用户航天器三个主要部分组成。图9-1是由两颗地球同步卫星构成的中继卫星系统的系统组成。;

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9.1.2系统特点

从组成和工作原理角度来看,跟踪与数据中继卫星系统具有以下优点:

(1)对用户航天器有很高的轨道覆盖率。

(2)对用户航天器进行集中管理。

(3)能减少地面站的数目,节省经费。

(4)具有强大的跟踪和数据传输能力,服务质量高。;

由于受系统结构和中继卫星技术水平的限制,跟踪与数据中继卫星系统有如下不足点需改进:

(1)不能跟踪高轨道卫星。

(2)提高了对用户航天器的要求。

(3)中继卫星系统的位置固定,而且所有中、低轨道用户都由该系统控制,因此一旦中继卫星受到干扰或者破坏,整个系统将陷于瘫痪状态。;

9.1.3系统的通信业务和链路特性

跟踪与数字中继卫星系统对用户航天器提供3种服务:Ku频段单址勤务(KSA)、S频段单址勤务(SSA)、S频段多址勤务(SMA)。KSA为Ku频段单用户提供高数据率服务,SSA为S频段的单用户提供中等数据率服务,SMA为多达20个的用户提供低数据率服务。3种服务都能在数据通信的同时完成目标的测距与测速。;

中继卫星系统的链路主要有空地链路、轨道间链路、星间链路、前向链路和反向链路。

(1)空地链路也称为馈电链路,主要用于建立中继卫星与地面站之间的通路。一个链路中可包含多路复用信道,也有上行与下行之分。

(2)轨道间链路是中继卫星与用户航天器位于不同倾角和高度的轨道时所构建的通路。

(3)星间链路是指同一轨道上不同位置的中继卫星或卫星之间的通路。

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(4)前向链路包括地面站经中继卫星到??户航天器、中继卫星到用户航天器、星间链路中的主星到辅星的连通链路。

(5)反向链路包括用户航天器经中继卫星到地面站、用户航天器到中继卫星以及星间链路中的辅星到主星的连通链路。;

图9-2是由地面站中继卫星用户航天器构成的前向链路传输信道。其中从地面站到中继卫星发送Ku频段信号,是7路频分复用信号,它们是:

(1)中继卫星到用户航天器的2个S频段单址链路(SSA):提供S频段单路服务,即各用S频段的一个频道为一个用户航天器提供服务。

(2)中继卫星到用户航天器的2个Ku频段单址链路(KSA):提供Ku频段的单路服务,即各用Ku频段的一个频道为一个用户航天器提供服务。

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(3)中继卫星到用户航天器的1个S频段多址链路(SMA):为S频段的20个用户提供服务,用S频段的一个频率和20个不同的PN码代表20个地址为20个用户航天器提供服务。

(4)遥控指令信道:用于发送对中继卫星进行控制的遥控指令。

(5)导频信道:向中继卫星提供频率基准,实现频率相干。

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由用户航天器中继卫星地面站构成的反向链路传输信道如图9-3所示。在用户航天器到中继卫星的星间传输段中,各用户航天器向中继星反向发射S频段或Ku频段载波信号,载波信号包含用户星要传输的数据信号、遥测信号和转发的测距伪随机码信号。;

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中继卫星系统的前向链路中,3种服务都采用统一的信号形式,这有利于地面站、中继卫星以及用户航天器相应部分系统的设计。但由于反向链路业务相对复杂,数据速率变化较大,需要将其分为两个数据组,每个数据组又分为不同的模式,因此在用户航天器经中继卫星到地面站的反向通信链路的系统设计中必须分别考虑。;

9.2国外跟踪与数据中继卫星系统的发展;

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1.空间部分

美国的TDRS空间部分包括地球同步轨道上的9颗TDRS卫星,其中一代中继星4颗、二代3颗、三代2颗。第一代TDRS共发射了7颗星,TDRS2发射失败,TDRS1和TDRS4已经退役并脱轨,二代和三代补充并增强了原有TDRS的功能。

第一代TDRS采用三轴稳定系统,质量约2300kg,太阳电池翼直径达17m,额定功率为1700W。图9-5给出了一代TDRS星的外形结构。;

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第二代TDRS的外形结构如图9-6所示。;

美国第一代、第二代TDRS的性能特点如表9-1所示。;

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第三代TDRS的外形图如图9-7所示。;

2.地面终端

1998年,第三个地面站即关岛远方终端站GR