全球卫星移动通信星座天基星间链路测控方案

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1、2013年6月第3期中国空间科学技术ChineseSpaceScienceandTechn0109y全球卫星移动通信星座天基星间链路测控方案杨童吴雨翔李明峰(中国空间技术研究院通信卫星事业部，北京100094)摘要针对全球卫星通信星座的测控问题，提出了利用静止轨道卫星作为天基测控网对低轨全球通信星座卫星进行测控的方案，在GEO轨道布置3颗地球静止轨道卫星，建立GEO轨道卫星与LEO星座卫星之间的星间链路来传输测控信息，再将这些信息转发至相应的地面测控站，分析了测控链路的传输指标，评估了星间测控链路的双向传输性能，最后通过仿

2、真分析验证了采用3颗静止轨道卫星组成的天基测控网能够大幅拓展单纯依靠传统陆基测控网的测控可见弧段，其24h测控弧段覆盖率是后者的8倍，总测控时间比后者提升大约10倍。关键词测控星间链路覆盖率卫星星座全球通信DOI：lO．3780／j．issn．1000—758X．2013．03．0121引言全球卫星通信星座的研究始于20世纪80年代，它具有信息传输速度快、信息损耗小，通信服务品质高以及地面终端设备造价低，便于携带等优点[1]。然而，卫星往往处于高速运动的状态，这使得单星测控可见弧段比较短，并且星座卫星数量通常多达数十颗，运

3、行维护成本很高；在测控体制方面，目前国外已运营的全球卫星通信星座系统的测控方式大多仍以地面测控站及台网为主，例如在铱星星座系统中，采用了遍布全球的11个地面站／信关站对其进行测控口]，但是这种方式不太适合我国国情以及未来发展的需要，目前我国各类轨道通信卫星的长期在轨管理仍以陆基测控站为基础，不能对超出地面测控站作用范围的通信卫星实施长期、有效、实时的测控，随着我国通信卫星应用需求的提升，需要研究对非可视通信卫星的长期测控管理的问题。值得一提的是，铱星系统采用了星间链路传输技术，尽管该链路为用户业务专用，并非为传输测控信息而

4、设计，但是它仍然给予一种启示，这就是将数颗高轨道同步卫星组成天基测控网，利用地球静止轨道卫星有利的几何位置和高远距离，通过星间链路对星座卫星进行测控，可以有效解决中低轨通信卫星星座测控时段短的问题以及高轨非可视卫星的测控问题，使系统具有更好的实时性和测控覆盖率。此外，通过星问链路对非可视通信卫星转发传输测控信息，有助于规避链路上存在的各种干扰，提升卫星自主／半自主测控管理能力。因此，采用天基星间链路对全球卫星通信星座实施测控具有潜在的应用前景。2天基星间链路测控方案本文提出一种利用地球静止轨道卫星作为天基测控网对低轨全球通

5、信星座卫星进行测控的方案，收稿日期：2012—1010。收修改稿日期：2012一1228!!生旦窒回型堂堇查!!!i至!旦在GEO轨道布置3颗地球静止轨道卫星，建立GEO轨道卫星与LEO星座卫星之间的星间链路来传输各种遥控、遥测与测距信号，再将这些信息转发至相应的地面测控站。此外，需要地面测控站或同步轨道节点配备多条独立的上、下行信道，即提供多址能力，以实现对多颗星座卫星的同时跟踪和测控，可以采用直接序列扩频(DSSS)的码分多址(CDMA)测控体制，并在星上采用多址天线技术来有效解决测控多目标同时工作以及链路需求量大的问

6、题。2．1GEO轨道同步卫星组成天基测控网首先在同步轨道上布置3颗GEO轨道卫星组成天基测控网，3颗卫星分别位于太平洋地区、亚太地区以及欧洲非洲地区上空，编号分别为GEO一1，GEO一2，GEO一3。首先解决这3颗卫星的测控问题，针对上述模型设计测控系统，有两种方案：方案一GEO一1卫星和GEO一2卫星都可以由我国地面测控台网(东部、西部)完成测控任务，GEO一3卫星属于远端不可视卫星，需要建立它与GEO一1卫星或GEO一2卫星的星问链路联系来传递测控信息，再通过GEO一1卫星或GEO一2卫星将信息传回到我国地面测控站台网

7、。方案二由于星座卫星数量较少，可以借助目前现有海外站协助测控，即利用位于非洲地区的海外站完成对GEO一3卫星的测控，这样可以免去星间测控链路，降低系统设计复杂度。然而，使用海外测控站会受到一些不可控制的因素影响，对卫星的长期在轨管理也会带来一些不可预知的问题。因此将两种方案结合起来，如图1所示构成星间测控链路与星地测控链路互为主备冗余的形式。图1中，设定GEO一1卫星为主卫星，分别建立与GEO一2和GEO一3卫星的星间链路联系，转发来自国土地面主站的测控与测距信息；GEO一2卫星的测控信息可以首选通过国土地面备份站来转发传

8、递，也可以备选通过与GEO一1的星问测控链路来转发传递，GEO一3卫星的测控信息应首选与GEO一1建立的星间测控链路来转发传递，备选通过海外地面测控站来转发传递。对于方案一的情形，由于引入了测控星问链路，需要对星间链路的传输性能进行评估计算，计算参数和指标设定如下：图1GE0卫星测控星问链路传输关系示意