课件跟踪与数据中继卫星系统概述

跟踪与数据中继卫星系统 TDRSS 1 概述2 TDRSS简介3 TDRSS的应用4 TDRSS的发展现状 跟踪与数据中继卫星系统 1 概述 解决了测控 通信的高覆盖率问题 解决了速数传和多目标测控通信等 具有较高的经济效益 TrackingandDataRelaySatelliteSystem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 2 TDRSS简介 地面测控站缺点 当采用地面测控站时 由于电波直线传播特性和地面曲率的限制 它对绕地飞行器的覆盖范围时有限的 如移到同步轨道高度 经过计算 利用一颗中继卫星 在最不利的情况下 可对200KM高的卫星也能跟踪其52 以上的轨道 对2000KM高的卫星 覆盖范围可高达68 以上 覆盖率的计算 使用两颗经度相隔130 的中继星 对轨道高度为200KM的卫星 可覆盖85 以上的轨道 但存在一个不能覆盖的死区 死区 对高度1200 2000KM的卫星 则能覆盖100 轨道 为了实现100 的地面覆盖 较好的方案是需再设一个TDRS3 2 1中继卫星对用户卫星覆盖的计算 假定中继卫星轨道半长轴为标准地球同步半径 用户星轨道偏心率不大 即可认为是圆轨道 下面可以分3种情况讨论中继卫星跟踪用户星的时候地球的遮挡 我们用Hs代表用户星高度 Re代表地球半径 Rs代表中继卫星的高度 中继卫星与地心的连线垂直于用户星轨道平面时 中继卫星对用户卫星始终可见 覆盖最大 追踪效果最好 2 1中继卫星对用户卫星覆盖的计算 中继卫星位于用户星轨道平面时 中继卫星跟踪用户星 覆盖用户星是最差的 图中 弧ABCD的长度是用户星的可见弧段 也就是中继卫星对用户星的覆盖弧段 覆盖率 2 2 2 1中继卫星对用户卫星覆盖的计算 中继卫星到地心的连线既不垂直于用户星轨道平面 也不平行于用户星轨道平面 覆盖率介于两者之间 用户星一个轨道周期内既可能出现地球遮挡 也可能完全覆盖 2 2TDRSS的特点和 T DR 综合的基本原理 TDRSS的特点表现在 它既与同步卫星通信不同 又与 TT R 不同 它与同步卫星的区别 TDRSS要对用户星定轨 TDRSS测控目标为高速空间飞行器 而卫星通信的用户为地球表面的卫星通信固定站或速度较低的移动通信站 TDRSS要进行高速数据中继传输 TDRSS能进行多目标测控通信 其多址通信的方法 包括码分多址和时分多址 并采用了TDRS星载相控阵天线及其多波束地面形成等新技术 TDRSS改进了统一载波系统中用频分复用来统一完成各种测控功能的方案 而采用时分复用和扩频复用来实现多种测控功能和数传功能的统一 这种 时分 扩频 统一的原理 包括6个主要的技术要素 时分复用 一码多用 I Q正交复用 纠错编 译码 高速数传技术 扩频测距 TDRSS的特点如下 高覆盖率 多目标测控通信 可同时对20个用户进行低速率测控通信 对4个用户进行中 高速率测控通信 高的数传速率 可取代全球布站 大大减少地面测控站数目及其维护费用 可对很多用户航天器进行集中管理 TDRSS的多波束多目标测控通信 2 3TDRSS定轨原理 在TDRSS中 对用户航天器的定轨 采用的方法是 动力学 法 法 利用地面终端站 中继卫星 用户航天器 中继卫星 地面终端站的双向测距测速数据来定轨 电波的传播顺序为 地面站测得和 从中扣除已测得的和 可得到和航天飞机见的和 再根据轨道方程计算出用户航天器的轨道 采用三站测距交汇法可以对中继卫星进行精确定位 称为3法 从主站向中继卫星发测距测速信号 一路从中继卫星返回地面 另两路分别送到远距离的 与主站呈三角形分布的两个无人应答站副站1和副站2 通过该两站转发至中继卫星 再转发回主站 由此测得中继卫星与三个地面站的距离 2 4TDRSS概貌及其中继通信空间网络 TDRSS是天 地大回路的长通道传输 它的传输通道划分为正向通道和反向通道 1 正向通道 由地面 TDRS 用户航天器的通道 由图可见 地面终端站上行向TDRS星发射K频段信号 它是7路频分复合信号 TDRS 用户航天器的两个S频段单通道 或S频段单址 简称SSA TDRS 用户航天器的两个K频段单通道 或K频段单址 简称KSA TDRS 用户航天器的一个S频段多通道 或称多址MA 又称SMA 遥控指令通道 TC 用于TDRS的控制 不再转发 导频通道 GF TDRS星上的2m空 地K频段抛物面天线和K频段接收机接收这7路复合信号 并将它变换成中频 2 反向通道 由用户航天器 TDRS 地面的通道 两路SSA通道 两路KSA通道 MA通道 其中含20个多址用户信号 一路TDRS的遥测信号 由前述可见 TDRSS的正向和反向通道都是从低空 高空 低空 所以把它形象地称为 弯管传输通道 3 TDRSS的用途 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 以往各类军用的通信 导航 气象 侦察 监视和预警等卫星的地面航天控制中心 常须通过一系列地球站和民用通信网进行跟踪 测控和数据传输 跟踪和数据中继卫星可以摆脱对绝大多数地球站的依赖 而自成一独立的专用系统 更有效地为军事服务 2014年1月24日 美国用宇宙神 5火箭成功发射了首颗第三代 跟踪与数据中继卫星 TDRS L 升空后名为跟踪与数据中继卫星 12 从1983年NASA开始发射首颗第一代TDRS至今 TDRS已经经历了三代的发展 4 TDRSS发展现状 4 TDRSS发展现状 第三代TDRS系统由三个部分组成 地面段 空间段和用户段 目前 TDRS系统地面段包括三个地面站 位于新墨西哥南部白沙导弹靶场的白沙综合测控站 WSC 位于关岛的远程地面终端 GRG