跟踪与数据中继卫星系统链路仿真研究

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1、跟踪与数据中继卫星系统链路仿真研究　　摘要：中继卫星运行在地球同步静止轨道，既能直视中低轨道航天器，又能直视地面站，是用户航天器与地面站之间通信的桥梁。若考虑两颗中继卫星，则中低轨用户航天器基本上在中继卫星星座的覆盖范围之内，能够进行正常通信。本文利用OPNET建立TDRS系统，并对链路层进行了仿真，为上层网络的研究和分析奠定了基础。　　关键词：跟踪与数据中继卫星系统；卫星链路；OPNET；数据吞吐量　　Abstract：TherelaysatelliteswhicharecirculatingontheGEOcanviewtheuserspacecraftsontheLEOandt

2、heMEOdirectly，andviewthegroundstationsdirectly.Itcanbeconsideredasthebridgebetweentheuserspacecraftsandthegroundstations.InordertocovertheuserspacescraftsontheLEOorMEOwithintheTDRSSconstellation，tworelaysatellitesareresearchedinthisthesis.ThensimulatethelinksofTDRSSusingOPNET，anddrawrelevantcon

3、clusions.　　KeyWrods：TDRSS；SatelliteDynamiclink；OPNETsimulation；Datathroughout　　1引言　　跟踪与数据中继卫星系统TDRSS（TrackingandDataRelaySatellite6System）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、连续跟踪与轨道测控服务的系统。由于这个系统中的同步卫星从地球同步轨道向地球俯视，这可形象地视为把测控站搬到了天上的同步卫星轨道，故又称为“天基测控系统”[1]。　　中继卫星系统主要用于：为载人飞船、低轨卫星、空间站提供与地面之间的连续不断的通信；

4、为航天器间的交会对接和分离提供导航和测控手段；连续跟踪航天器，转发测距和多普勒频移信息，实现对其轨道的精确测控；实时地把航天器所获得的大量遥感、遥测数据等以高速率转发给地面。　　2中继卫星系统的组成　　中继卫星系统一般有3部分组成。　　（1）空间部分　　目前，美国的TDRSS主要由6颗地球同步轨道中继星组成，该系统已取代了大部分宇航局地基测控站。TDRS-W星在41度W，TDRS-E星在171度W，每颗星上有7副天线，其中4.9米抛物面天线2副，为S及Ku波段共用，用于TDRSS和用户星之间交换高速数据，并可对用户星跟踪测角、测距。测角精度为1密位；有30个螺旋天线组成的S波段天线阵

5、，可实现20个用户星对TDRS和地球站之间传输高速数据；S波段全向天线一副，用于TDRS和地球站间传输TT&S信息的备分手段。东、西双星对200km高度的航天器的覆盖率达到85%，对高度1200～2000km的航天器的覆盖范围达到了100%，最高可跟踪到5000km的航天器，单址通信业务对高度12000km的航天器仍有100%的覆盖率。　　（2）用户航天器6　　中继卫星系统的主要用户是中低轨道的各种航天器，尤其是要求高轨道覆盖率的载人航天器和高数据传速率的用户星等。该系统还可以用于动态运载火箭的全程遥测数据传输，以及为运载火箭或导弹发送遥控指令[2]。　　（3）地面部分　　地面测控终

6、端站主要向用户航天器发送遥测摇控、跟踪信号，该指令通过中继卫星转发，在中继卫星与用户航天器之间建立通信链路，发送给用户航天器。美国的地球终端设在地球纬度低、处于沙漠地带雨量少、对Ku波段传播减少的白沙靶场。地球终端站装备了3副18米天线，每副天线对空间站某一颗星建立馈电通信链路；一副6米天线用作星地之间测控，还有其他辅助天线4副。地球终端站可对TDRSS空间卫星的高功放放大器的增益进行控制，改变其工作频率和相控阵S波段天线波束的形成，也可对Ku波段天线的指向进行控制[3]。　　3中继卫星与用户航天器的空间轨道参数　　本文以美国白沙地面站、TDRS7以及铱星系统中的8号铱星为研究对象，

7、运用OPNET软件建立TDRSS模型，并对网络性能进行分析。在仿真前需要设置中继星和用户星的轨道参数，TDRS7和铱星8的实际轨道参数如下[4]：　　4中继卫星系统动态链路分析及仿真6　　在中继卫星系统中，通信链路分为前向链路和返向链路。前向链路是指地面站---TDRS---用户航天器的通信链路；返向链路指用户航天器---TRDS---地面站的通信链路。仿真中，前向链路业务采用Ku波段单址（KSA）通道，最大数据速率25Mb/s；返向链路业务采用Ku波段单