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星間鏈路”為什么重要？

時(shí)間：2020-11-16 09:27:04
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[導(dǎo)讀]星間鏈路，是指衛(wèi)星與衛(wèi)星之間的鏈路，當(dāng)然也可以擴(kuò)展為航天器與航天器之間的鏈路。星間鏈路具有星間通信、數(shù)據(jù)傳輸、星間測(cè)距和星間測(cè)控等功能。

星間鏈路，是指衛(wèi)星與衛(wèi)星之間的鏈路，當(dāng)然也可以擴(kuò)展為航天器與航天器之間的鏈路。星間鏈路具有星間通信、數(shù)據(jù)傳輸、星間測(cè)距和星間測(cè)控等功能。

星間鏈路”為什么重要？

星間鏈路

星間鏈路”為什么重要？

不同的空間系統(tǒng)，星間鏈路的作用是不同的。通信衛(wèi)星星座的星間鏈路可以減小星地跳數(shù)和通信延遲；偵查編隊(duì)系統(tǒng)的星間鏈路可以增大虛擬相機(jī)口徑以提高分辨率；導(dǎo)航衛(wèi)星星座的星間鏈路可以支持自主運(yùn)行以提高定位精度；中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的星間鏈路可以增加用戶星的測(cè)控弧段。

星間鏈路使多顆衛(wèi)星構(gòu)成有機(jī)整體，形成星座系統(tǒng)，擴(kuò)展單星工作的能力。在導(dǎo)航星座系統(tǒng)應(yīng)用之前，星間鏈路早在通信星座、中繼衛(wèi)星以及衛(wèi)星編隊(duì)飛行中已經(jīng)得到應(yīng)用。
星間鏈路”為什么重要？

星間鏈路”為什么重要？

中繼衛(wèi)星系統(tǒng)

星間鏈路”為什么重要？

美國(guó)1983-1995年發(fā)射了由7顆跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星 (TDRS) A~G組成的美國(guó)第一代中繼衛(wèi)星系統(tǒng)，衛(wèi)星裝載兩副4.9m單址拋物面天線，為S及Ku頻段共用，用于TDRS和用戶星之間交換高速數(shù)據(jù)，最大返向傳輸速率為300Mb/s。

1997-2002年，美國(guó)發(fā)射第二代中繼衛(wèi)星，即TDRS-H、I、J，其上星間鏈路的功能有所改進(jìn)：增強(qiáng)了S頻段多址能力，傳輸速率可達(dá)800Mb/s或更高。自2007年開始，美國(guó)在研發(fā)第三代跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星，中繼衛(wèi)星與用戶衛(wèi)星采用S、Ku/Ka頻段進(jìn)行星間測(cè)控通信。

美國(guó)的銥星系統(tǒng)由66顆衛(wèi)星構(gòu)成，是當(dāng)前世界上大型星座系統(tǒng)中唯一實(shí)現(xiàn)Ka頻段星間鏈路的系統(tǒng)。銥星系統(tǒng)軌道高度為780km左右，共有6個(gè)極地軌道，每個(gè)軌道11顆衛(wèi)星。星間通信采用Ka頻段相控陣天線。每顆銥星同時(shí)建立4條星間鏈路，同軌道內(nèi)部正向和后向，左右異軌道面?zhèn)认蜴溌犯饕粭l。

星間最大數(shù)據(jù)傳輸速率為25Mb/s，工作頻段為22.55~23.55GHz，星間采用半雙工通信方式。銥星系統(tǒng)是極軌星座，相鄰軌道間的衛(wèi)星相對(duì)距離的變化，相對(duì)速度、方位角、俯仰角的變化量和變化率都比較小，星間拓?fù)浜?jiǎn)單，采用固定連接的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

星間鏈路”為什么重要？

區(qū)別于通信衛(wèi)星，導(dǎo)航衛(wèi)星需要持續(xù)收集更新各顆衛(wèi)星的測(cè)量數(shù)指以支持精密定軌計(jì)算。在衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)日常運(yùn)行中，地面站通過收集境內(nèi)衛(wèi)星的星地觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行解算定軌，并實(shí)施星歷的更新。

而對(duì)于境外衛(wèi)星，由于無法建立起直接與地面站相連的星地鏈路，所以無法實(shí)現(xiàn)對(duì)境外衛(wèi)星的定軌。星間鏈路架起了一座連接境外衛(wèi)星與境內(nèi)衛(wèi)星測(cè)量和數(shù)傳的橋梁，為境外衛(wèi)星觀測(cè)和數(shù)據(jù)回傳提供了實(shí)現(xiàn)手段。

同時(shí)，星間鏈路搭建的無線電通道也便于衛(wèi)星測(cè)控和運(yùn)控?cái)?shù)據(jù)傳輸，使原先必須等待衛(wèi)星入境才能進(jìn)行的操作變成隨時(shí)可行的遠(yuǎn)程操作。更進(jìn)一步的發(fā)展，是將簡(jiǎn)化的地面定軌算法配置在衛(wèi)星計(jì)算機(jī)上，處理星間鏈路測(cè)量值，使衛(wèi)星脫離地面站而自主生成衛(wèi)星導(dǎo)航電文，提高星座的自主運(yùn)行能力，簡(jiǎn)化地面的運(yùn)行管理。

因此，星間鏈路的建立，能大幅提升導(dǎo)航衛(wèi)星星座的管控能力和自主運(yùn)行能力，意義重大，已經(jīng)為各大衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)廣泛研究和采用。

星間鏈路”為什么重要？

導(dǎo)航星座中實(shí)現(xiàn)星間鏈路

星間鏈路”為什么重要？

美國(guó)GPS系統(tǒng)是最先在導(dǎo)航星座中實(shí)現(xiàn)星間鏈路的系統(tǒng)。自Block IIR衛(wèi)星開始，GPS衛(wèi)星安裝了具有自主導(dǎo)航功能的星間鏈路收發(fā)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了星間通信和星間測(cè)距功能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)了全球?qū)Ш叫l(wèi)星星座自主導(dǎo)航的功能。

GPS的Block IIR和Black IIF系列導(dǎo)航衛(wèi)星安裝了UHF頻段（250~290MHz）的星間鏈路收發(fā)設(shè)備，Block IIR衛(wèi)星在無地面控制系統(tǒng)支持的情況下，衛(wèi)星采用時(shí)分多址(TDMA)方式實(shí)現(xiàn)衛(wèi)星之間雙向測(cè)距和數(shù)據(jù)交換，通過星載濾波器處理星間測(cè)量數(shù)據(jù)，自主生成衛(wèi)星星歷和時(shí)鐘修正參數(shù)，自主維持星座基本構(gòu)型。

在180天內(nèi)，保持用戶距離誤差小于6m，導(dǎo)航定位精度不會(huì)有明顯下降。并且能夠監(jiān)測(cè)導(dǎo)航衛(wèi)星信號(hào)的完好性，使其可用性、連續(xù)性和可靠性得到增強(qiáng)。

星間鏈路”為什么重要？

GPS III開展了全新的設(shè)計(jì)，具有高速傳輸能力，采用具有方向性的星間鏈路技術(shù)和全球點(diǎn)波束增強(qiáng)技術(shù)。GPS IIIA在繼續(xù)保持UHF頻段的星間鏈路，而在GPS IIIB上增加實(shí)施V頻段星間鏈路的方案，大幅提高星間傳輸速率、星間抗干擾能力，星間測(cè)距精度等性能，也增強(qiáng)了自主運(yùn)行的能力。

星間鏈路”為什么重要？

我國(guó)在北斗一號(hào)和北斗二號(hào)衛(wèi)星中均沒有設(shè)計(jì)星間鏈路，在北斗三號(hào)全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中規(guī)劃配置了星間鏈路。北斗三號(hào)星間鏈路是一個(gè)復(fù)雜的星間網(wǎng)絡(luò)，具有天線指向控制、星間網(wǎng)絡(luò)拓?fù)?、星間通信協(xié)議和星間測(cè)距精度要求高等特點(diǎn)。

整個(gè)星間鏈路總體技術(shù)涉及飛行器總體設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)/機(jī)構(gòu)、軌道/定軌、天線/微波、通信/電子、計(jì)算機(jī)/網(wǎng)絡(luò)、數(shù)學(xué)和系統(tǒng)仿真等多個(gè)字科領(lǐng)域。在發(fā)射的北斗三號(hào)衛(wèi)星上已經(jīng)成功應(yīng)用了Ka頻段相控陣體制的星間鏈路方案。

來源：雷達(dá)通信電子戰(zhàn)

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