國(guó)內(nèi)外中繼星的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

楊 飛，周亞萍，李晴飛

（南京熊貓電子股份有限公司，南京 210002）

國(guó)內(nèi)外中繼星的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

楊 飛，周亞萍，李晴飛

（南京熊貓電子股份有限公司，南京 210002）

中繼星在天基系統(tǒng)中具有舉足輕重的作用，本文介紹了中繼星的演化歷史以及相關(guān)產(chǎn)品，并對(duì)當(dāng)前中繼星的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析，最后從系統(tǒng)設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)兩個(gè)角度上提出了中繼星未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星；用戶終端；天基網(wǎng)；發(fā)展趨勢(shì)

1 引言

隨著人類對(duì)空間資源需求的不斷增長(zhǎng)，作為重要空間通信傳輸媒介的跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星（TDRS）在經(jīng)過(guò)二十多年的不懈努力，已于1983年誕生在美國(guó)。在隨后的幾十年里，歐空局、俄羅斯、日本、中國(guó)也相繼地發(fā)射了多顆TDRS衛(wèi)星，這一重大突破標(biāo)志著空間信息科學(xué)時(shí)代的來(lái)臨。

跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星（簡(jiǎn)稱中繼星）在地球同步靜止軌道上運(yùn)行，由于可以最大限度地克服由于地球曲率和無(wú)線電波直線傳播特性帶來(lái)的負(fù)面影響，實(shí)現(xiàn)較大范圍覆蓋地球，因此它既能直視中低軌道航天器和非航天器用戶，又能直視地面站，從而可為用戶提供高效、實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)中繼、連續(xù)跟蹤與軌道測(cè)控等服務(wù)。中繼星系統(tǒng)的出現(xiàn)令測(cè)控、通信傳輸技術(shù)發(fā)生了革命性的變化，目前還仍在飛速地向前發(fā)展，不斷地拓寬著自己的應(yīng)用領(lǐng)域[1]。

本文首先以國(guó)內(nèi)外中繼星的發(fā)展?fàn)顩r為主要背景，通過(guò)研究其演化歷程和終端產(chǎn)品，揭示了當(dāng)前中繼星的關(guān)鍵技術(shù)，并推演出中繼星的發(fā)展趨勢(shì)。

2 國(guó)內(nèi)外中繼星的發(fā)展?fàn)顩r

美國(guó)與俄羅斯兩國(guó)的跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)均已進(jìn)入應(yīng)用階段，且正在著手發(fā)展新一代中繼系統(tǒng)；歐空局和日本在中繼衛(wèi)星的發(fā)展中，采用了較多新的思路和技術(shù)。近年來(lái)，我國(guó)也在積極地推進(jìn)研究跟蹤與數(shù)據(jù)衛(wèi)星系統(tǒng)。其中，以美國(guó)為代表的中繼衛(wèi)星，由于技術(shù)先進(jìn)已成為了世界各國(guó)關(guān)注的焦點(diǎn)，也是本文研究參考的重點(diǎn)對(duì)象[2]。

2.1 美國(guó)中繼星的演化發(fā)展

20世紀(jì)60年代，NASA為了向用戶提供更高的近地軌道覆蓋率以及規(guī)避國(guó)外建設(shè)地面站的需要，開(kāi)始研究和設(shè)計(jì)軍民兩用跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)。1976年，NASA正式啟動(dòng)了第一代中繼星的研制工作。直到1983年4月，美國(guó)從“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛機(jī)上發(fā)射了第一顆中繼星，在后續(xù)幾十年里美國(guó)又發(fā)射了若干中繼星，其發(fā)展歷程可簡(jiǎn)單劃分三代。具體如下：

（1）第一代中繼星：1983～1995年，美國(guó)相繼把6顆第一代中繼星送入了軌道，并成功地實(shí)現(xiàn)了星間組網(wǎng)，星上有兩副能夠同時(shí)提供S，Ku頻段業(yè)務(wù)的單址天線，以及1副S頻段多址相控陣天線，對(duì)于多址業(yè)務(wù)，由于當(dāng)時(shí)技術(shù)水平以及衛(wèi)星平臺(tái)對(duì)載荷的重量和空間等約束，采用了地面波束形成的方式，由地面終端站進(jìn)行星地鏈路控制及中繼轉(zhuǎn)發(fā)。曾提供跟蹤與數(shù)據(jù)中繼業(yè)務(wù)應(yīng)用于12種中低軌道航天器。

（2）第二代中繼星：隨著通信業(yè)務(wù)需求的不斷增加以及第一代中繼星壽命期限的逼近，美國(guó)又與2000年、2002年、2003年先后發(fā)射了3顆第二代中繼星，這3顆衛(wèi)星用來(lái)補(bǔ)充和增強(qiáng)現(xiàn)有TDRS系統(tǒng)的功能，并提供帶寬更寬、調(diào)頻更靈活的空間數(shù)據(jù)和圖像的中繼，且具有數(shù)據(jù)傳輸和為地面和空間提供近似連續(xù)的通信聯(lián)系的雙重能力。除了業(yè)務(wù)能力的擴(kuò)展外，第二代星較第一代星相比，還具有如下優(yōu)勢(shì)：

⊙ 增強(qiáng)了多址業(yè)務(wù)返向（MAR）性能，將部分S頻段單址（SSA）用戶遷移到MA業(yè)務(wù)上。

⊙ 單址天線增加了Ka頻段業(yè)務(wù)，其數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)800Mb/s。

⊙ 增加了在地球同步軌道上并置中繼星的能力（共位），在必要時(shí)由2顆部分工作的中繼星提供由1顆全功能衛(wèi)星所提供的服務(wù)。

⊙ 實(shí)現(xiàn)對(duì)200km高度用戶航天器軌道覆蓋率為100%。

目前，美國(guó)的中繼星系統(tǒng)已發(fā)展成6顆第一代衛(wèi)星、3顆第二代衛(wèi)星和三個(gè)地面站組成的全球覆蓋系統(tǒng)，如圖1所示。

（3）第三代中繼星：2006年，NASA分析中繼星系統(tǒng)的全面需求及在軌中繼星的剩余壽命，認(rèn)定需在2012年補(bǔ)充中繼星的星座，從而啟動(dòng)了第三代TDRS的研發(fā)采購(gòu)工作。在技術(shù)上，第三代星將繼承第二代星設(shè)計(jì)，遵循第一代中繼星的地面形成S頻段多址返向波束體系結(jié)構(gòu)，繼續(xù)提供按需接入業(yè)務(wù)，保留支持中繼星系統(tǒng)共位的雙頻段測(cè)控，但要求升級(jí)星上指令和遙測(cè)鏈路安全系統(tǒng)。

圖1 美國(guó)中繼星分布圖

2.2 歐空局中繼星的演化發(fā)展

1989日，歐空局（ESA）制訂了數(shù)據(jù)中繼和技術(shù)任務(wù)計(jì)劃，該計(jì)劃包括高級(jí)中繼和技術(shù)任務(wù)、歐洲數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)兩部分[3]。最終于2001年發(fā)射了第一代數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星Artemis，并于2003年投入使用。Artemis衛(wèi)星具備激光通信終端，與法國(guó)Spot-4光電成像偵查衛(wèi)星間具備星間激光鏈接能力。該衛(wèi)星用于數(shù)據(jù)中繼的星間鏈路僅有Ka頻段，帶寬為234MHz，數(shù)據(jù)傳輸速率為50Mb/s，雖然對(duì)于衛(wèi)星本身僅是試驗(yàn)衛(wèi)星，但對(duì)歐洲的意義巨大。為此，ESA在2009年正式啟動(dòng)歐洲數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)。與Artemis相比，設(shè)計(jì)的第二代EDRS衛(wèi)星上有2條S頻段單址線路和2條Ka頻段單址線路，S，Ka頻段單址業(yè)務(wù)共用一副天線，S頻段單址線路與美、日中繼衛(wèi)星兼容；在實(shí)用型EDRS衛(wèi)星的星間鏈路中，還將增設(shè)S頻段多址業(yè)務(wù)，可同時(shí)提供多個(gè)數(shù)據(jù)信道，至少在前向鏈路可增加1個(gè)以上用戶，返向鏈路增加2個(gè)以上用戶。

2.3 日本中繼星的演化發(fā)展

日本宇宙航空研究開(kāi)發(fā)機(jī)構(gòu)的中繼衛(wèi)星計(jì)劃實(shí)施四步走的發(fā)展策略：第一步利用技術(shù)試驗(yàn)衛(wèi)星-6 （ETS-6）進(jìn)行空間網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的操作技術(shù)試驗(yàn)和數(shù)據(jù)中繼試驗(yàn)；第二步利用通信工程試驗(yàn)衛(wèi)星進(jìn)行S/ Ka雙波段軌道間鏈路通信跟蹤試驗(yàn)；第三步利用光學(xué)軌道間通信工程試驗(yàn)衛(wèi)星進(jìn)行光學(xué)通信試驗(yàn)；第四步是在上述試驗(yàn)取得成功的基礎(chǔ)上發(fā)射2顆實(shí)用型數(shù)據(jù)與中繼衛(wèi)星組成數(shù)據(jù)中繼系統(tǒng)。

按照以上四步，ETS-6于1994年8月發(fā)射，雖未進(jìn)入預(yù)定軌道，但仍進(jìn)行了S頻段中繼鏈路、Ka頻段中繼鏈路、激光通信鏈路數(shù)據(jù)中繼試驗(yàn)；光學(xué)軌道間通信工程試驗(yàn)衛(wèi)星于2005年8月發(fā)射，該衛(wèi)星是一種空間光通信技術(shù)軌道驗(yàn)證衛(wèi)星，主要用于完成低軌道與高軌道間激光通信試驗(yàn)，其返向數(shù)據(jù)傳輸率可達(dá)50Mb/s，前向數(shù)據(jù)傳輸為2Mb/s，與歐洲Artemis衛(wèi)星可實(shí)現(xiàn)雙向光學(xué)鏈路通信；在積累一定的經(jīng)驗(yàn)后，日本最終將發(fā)射兩顆實(shí)用型數(shù)據(jù)中繼技術(shù)衛(wèi)星。

2.4 俄羅斯中繼星的演化發(fā)展

俄羅斯中繼衛(wèi)星系統(tǒng)分軍用（POTOK）和民用（LUCH）兩大類，均是GEO衛(wèi)星系統(tǒng)，研制單位為列舍特涅夫信息衛(wèi)星系統(tǒng)公司。從1982年至2000年共發(fā)射了10顆“急流”GEO軍用中繼衛(wèi)星，其主天線是在八邊形平面上的相控陣天線，它的主要功能是對(duì)“琥珀”偵察衛(wèi)星提供中繼服務(wù)。此外，它還承擔(dān)著地球站之間的通信任務(wù)。直到2011年9月，第二代“魚(yú)叉”軍用中繼衛(wèi)星的首顆星發(fā)射成功，俄羅斯中繼衛(wèi)星才有了新的發(fā)展。

民用（LUCH）系統(tǒng)又稱為“射線”系統(tǒng)，也稱為保密的數(shù)據(jù)中繼系統(tǒng)，分為東部、中部和西部三個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)。從1985年至今已發(fā)展了兩代“射線”中繼星，其空-地段采用Ku波段，空-空段采用UHF波段。衛(wèi)星裝載3臺(tái)Ku頻段轉(zhuǎn)發(fā)器和拋物面單址天線及多址相控陣天線，與用戶航天器間的鏈路可用帶寬為34MHz，與莫斯科、哈巴洛夫斯克地球站的跟蹤、遙測(cè)和控制業(yè)務(wù)使用。直至1993年3月，正常運(yùn)行的只有2顆衛(wèi)星構(gòu)成的兩個(gè)網(wǎng)絡(luò)：即“宇宙”1897衛(wèi)星服務(wù)的中部網(wǎng)和“宇宙”2054衛(wèi)星服務(wù)的西部網(wǎng)。

2.5 中國(guó)中繼星的演化發(fā)展

我國(guó)從20世紀(jì)80年代初期就開(kāi)始中繼星相關(guān)技術(shù)的研究，并在“九五”期間開(kāi)展了一系列的預(yù)研工作。我國(guó)中繼星的發(fā)展大致分兩步走：第一步，先建立單星系統(tǒng)，對(duì)用戶航天器的軌道覆蓋率達(dá)50%以上；第二步，采用大型衛(wèi)星平臺(tái)建立多星系統(tǒng)，通過(guò)3顆星使對(duì)用戶航天器的軌道覆蓋率達(dá)到85%。

2008年4日，我國(guó)首顆數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星“天鏈一號(hào)”01星于發(fā)射成功，又于2011年7月和2012年7月相繼發(fā)射了“天鏈一號(hào)”02星和03星，并成功地實(shí)現(xiàn)了“天鏈一號(hào)”衛(wèi)星準(zhǔn)全球組網(wǎng)運(yùn)行，標(biāo)志著中國(guó)第一代中繼衛(wèi)星系統(tǒng)正式建成，也令中國(guó)成為世界上第二個(gè)擁有準(zhǔn)全球覆蓋能力GEO中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的國(guó)家。

迄今為止，中國(guó)第一代中繼星已被廣泛應(yīng)用于：載人航天保駕護(hù)航、為多種對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星提供數(shù)據(jù)中繼服務(wù)、中低軌衛(wèi)星提供測(cè)控中繼服務(wù)、地面的應(yīng)急和特殊通信中繼服務(wù)等多種領(lǐng)域。另外，除了正在運(yùn)行的“天鏈一號(hào)”之外，中國(guó)下一代數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)正在緊鑼密鼓的推進(jìn)之中。

3 中繼星的終端產(chǎn)品

近年來(lái)，隨著中繼星使用范圍的擴(kuò)大，國(guó)內(nèi)外眾多中繼星相關(guān)的應(yīng)用產(chǎn)品相繼出現(xiàn)，且大部分產(chǎn)品均集中于S，Ku頻段。下面僅對(duì)其中部分終端產(chǎn)品進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹[3]。

（1）ITT公司開(kāi)發(fā)的中繼星SMA&SSA鏈路收發(fā)的終端產(chǎn)品，如圖2所示。

圖2 ITT公司SMA終端

（2）2012年，美國(guó)普渡大學(xué)（PURDUE）研制了基于軟件無(wú)線電設(shè)計(jì)思想的SMA終端，支持SSA返向鏈路和SMA返向鏈路業(yè)務(wù)。如圖3所示。

圖3 普渡大學(xué)SMA&SSA終端

（3）美國(guó)CE公司TTC308/703用戶應(yīng)答機(jī)，工作于S頻段，跟蹤靈敏度指標(biāo)-119dBm/10kb/s，碼捕獲最小門限S/N=33dBz，頻率捕獲范圍±160kHz，數(shù)據(jù)速率最高300kb/s，噪聲系數(shù)2dB，捕獲時(shí)間短碼不大于20s、長(zhǎng)碼不大于8s，射頻輸出功率5W，功耗小于19W，重量5kg。

（4）加拿大CAL公司用戶應(yīng)答機(jī)，工作于S頻段，碼捕獲最小門限S/N=36.5dBz，頻率捕獲范圍優(yōu)于±100kHz，數(shù)據(jù)速率最高150kb/s（TDRSS速率1，2，4kb/s），調(diào)制方式BPSK，噪聲系數(shù)2.5dB，捕獲時(shí)間短碼不大于5s、長(zhǎng)碼不大于30s，射頻輸出功率5W，功耗33W，重量3.6kg。

（5）法國(guó)Alcatel Espace公司用戶應(yīng)答機(jī)，工作于S頻段，碼捕獲最小門限S/N=33dBz，頻率捕獲范圍優(yōu)于±160kHz，數(shù)據(jù)速率最高8kb/s（TDRSS速率1kb/s），調(diào)制方式BPSK，噪聲系數(shù)1dB，捕獲時(shí)間短碼不大于5s、長(zhǎng)碼不大于30s，射頻輸出功率5W，功耗32W，重量4kg。

通過(guò)以上中繼星終端產(chǎn)品的介紹，不難發(fā)現(xiàn)其越來(lái)越向模塊化、小型化、低功耗、多功能、易擴(kuò)展等方向發(fā)展，功能也愈發(fā)復(fù)雜、高端、完善，這也將是未來(lái)中繼星終端產(chǎn)品發(fā)展的主流方向。

4 中繼星的關(guān)鍵技術(shù)

近年來(lái)，作為天基核心承載的中繼星無(wú)論是軍用還是民用上均呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)。在衛(wèi)星設(shè)計(jì)和應(yīng)用過(guò)程中需要解決眾多的關(guān)鍵技術(shù)，其中大部分均集中于星上關(guān)鍵技術(shù)和終端關(guān)鍵技術(shù)。具體如下：

4.1 星上關(guān)鍵技術(shù)

（1）星載閉環(huán)捕獲跟蹤技術(shù)。星載天線必須對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的用戶航天器進(jìn)行捕獲和跟蹤，然而由于用戶航天器沒(méi)有信標(biāo)，中繼衛(wèi)星必須跟蹤它發(fā)送的數(shù)傳信號(hào)，且此信號(hào)由于航天器不同而具有不同的數(shù)據(jù)速率、調(diào)制方式、頻帶寬度和多普勒頻移。該技術(shù)解決是建立星間傳輸信道的首要條件，特別是針對(duì)高速率傳輸?shù)囊蟆?/p>

（2）衛(wèi)星姿態(tài)和天線指向的復(fù)合控制技術(shù)。中繼衛(wèi)星在軌工作時(shí)，大型的單址天線處于軌跡復(fù)雜、速度變化的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。由于星體和運(yùn)動(dòng)的天線之間存在嚴(yán)重的動(dòng)力學(xué)耦合，加上天線本身是一個(gè)非線性、柔性結(jié)構(gòu)系統(tǒng)，要令波束極窄的天線完成對(duì)用戶航天器的捕獲跟蹤任務(wù)，必須攻克高精度復(fù)合控制技術(shù)。

（3）極寬頻帶的Ku/Ka頻段轉(zhuǎn)發(fā)器技術(shù)。由于中繼數(shù)的傳速率很高，故對(duì)轉(zhuǎn)發(fā)器的帶寬需求極寬。Ka頻段的通信衛(wèi)星星載轉(zhuǎn)發(fā)器需要解決頻率計(jì)劃的設(shè)置、轉(zhuǎn)發(fā)器帶內(nèi)雜波、幅頻特性和通帶之間的隔離等技術(shù)難題。

（4）高性能天線驅(qū)動(dòng)技術(shù)。中繼衛(wèi)星的單址天線均選用機(jī)械驅(qū)動(dòng)方式，由于在軌要求精度高，載荷慣量大，工作環(huán)境惡劣，故高性能天線驅(qū)動(dòng)技術(shù)是星載設(shè)計(jì)中重點(diǎn)考慮的關(guān)鍵技術(shù)。

4.2 終端關(guān)鍵技術(shù)

中繼星實(shí)際應(yīng)用中，用戶終端仍需解決若干關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題，具體如下：

（1）數(shù)字化綜合基帶處理技術(shù)。為了適應(yīng)復(fù)雜的前、返向信號(hào)形式，用戶終端常采用數(shù)字化綜合基帶實(shí)現(xiàn)工作頻率、調(diào)制方式、數(shù)據(jù)速率、PN碼型和發(fā)射功率的可編程，并完成低信噪比解調(diào)、中高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)裙δ?。用FPGA芯片完成前向擴(kuò)頻信號(hào)PN碼的捕獲、跟蹤，載波提取、信息解調(diào)和返向各種模式信號(hào)的產(chǎn)生、數(shù)字調(diào)制等功能；用DSP芯片完成工作參數(shù)的選擇和工作模式的切換等，實(shí)現(xiàn)基帶可編程。

（2）AGC技術(shù)。用戶終端動(dòng)態(tài)使用范圍一般不小于50dB的需求，而為防止強(qiáng)信號(hào)引起接收信道過(guò)載，以保證綜合基帶在整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)正常工作，一般要求綜合基帶的輸入滿足一定的條件。例如：需要保證整個(gè)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)信道工作在線性狀態(tài)；保證弱信號(hào)時(shí)到A/D輸入端的噪聲不使A/D限幅；保證強(qiáng)信號(hào)時(shí)到A/D輸入端的信號(hào)電平不超過(guò)A/D的峰-峰值，較好地使用AGC技術(shù)可以滿足以上要求。

（3）終端小型化技術(shù)。用戶終端的小型化、低功耗和輕重量是基本要求。為此，射頻部分需采用微波集成電路實(shí)現(xiàn)，綜合基帶部分采用低功耗、超大規(guī)模FPGA、高速微處理器芯片和表面貼裝小型化元件等數(shù)字化技術(shù)實(shí)現(xiàn)[4]。

每一代中繼星的性能提升均離不開(kāi)關(guān)鍵技術(shù)的突破，衛(wèi)星通信的設(shè)計(jì)師在總體設(shè)計(jì)中需從全局上考慮星上關(guān)鍵技術(shù)和終端關(guān)鍵技術(shù)，從而全面地提升中繼星的性能以及擴(kuò)展未來(lái)的應(yīng)用。

5 中繼星的未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

隨著技術(shù)不斷地突破和擴(kuò)展，作為通信衛(wèi)星網(wǎng)絡(luò)的骨干載體，中繼星未來(lái)必將具有更廣闊的發(fā)展空間和應(yīng)用前景，從系統(tǒng)設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)上必將呈現(xiàn)出如下趨勢(shì)：

（1）通信頻段向高頻段方向發(fā)展。隨著空間信息技術(shù)的發(fā)展，用戶對(duì)中繼星的數(shù)傳速率要求越來(lái)越高，超寬帶、大容量的高頻段通信系統(tǒng)將成為中繼星未來(lái)發(fā)展的必然趨勢(shì)，如Ka頻段逐步替代Ku頻段，甚至W頻段（60GHz）也將是不久待開(kāi)發(fā)的目標(biāo)頻段之一。

（2）激光通信鏈路的組建。隨著通信數(shù)據(jù)率的提高，以微波為載體的空間衛(wèi)星通信技術(shù)已不能完全滿足當(dāng)前的發(fā)展。為滿足未來(lái)空間高速數(shù)據(jù)傳輸和國(guó)際天基網(wǎng)互操作的高速需求，下一代數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的星間鏈路必將向激光通信技術(shù)方向發(fā)展，以滿足高數(shù)據(jù)傳輸率的實(shí)際需要。目前，美國(guó)、歐洲和日本均在積極推進(jìn)該技術(shù)的實(shí)施[5]。

（3）天基網(wǎng)的互聯(lián)互通。不同體系衛(wèi)星網(wǎng)之間的互聯(lián)互通一直是國(guó)際衛(wèi)星通信研究的重點(diǎn)問(wèn)題，如1985年美、日、歐三方成立了天基網(wǎng)互操作小組，致力于解決中繼衛(wèi)星系統(tǒng)國(guó)際大聯(lián)網(wǎng)問(wèn)題。目前，S頻段互操作已基本協(xié)商一致，雖然目前還有許多問(wèn)題仍有待進(jìn)一步協(xié)商，但未來(lái)更多頻段的衛(wèi)星網(wǎng)系統(tǒng)將會(huì)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。隨著空間研究的逐步國(guó)際化，不同國(guó)家中繼星的互聯(lián)互通必將成為未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

（4）強(qiáng)性能衛(wèi)星天線。隨著對(duì)中繼星轉(zhuǎn)發(fā)能力需求的日益增長(zhǎng)，下一代中繼星必將面臨天線更大、數(shù)量和種類更多、波束寬度更窄、捕獲跟蹤精度要求更高、運(yùn)動(dòng)部件和衛(wèi)星姿態(tài)之間的耦合更復(fù)雜、轉(zhuǎn)發(fā)器帶寬更寬等難題，因此，研制先進(jìn)的強(qiáng)性能衛(wèi)星天線將是下一代中繼星提升性能的關(guān)鍵，如近年來(lái)出現(xiàn)的多波束相控陣天線等。

（5）先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)。中繼星系統(tǒng)在未來(lái)必將發(fā)展成頻帶受限系統(tǒng)，且隨著數(shù)傳速率的不斷提高，星地返向鏈路的可用頻帶寬度將成為瓶頸。更先進(jìn)的調(diào)制技術(shù)將成為未來(lái)中繼星應(yīng)用的必然趨勢(shì)，例如8相相移鍵控、16進(jìn)制脈沖幅度調(diào)制等均將被采用。

（6）用戶接入和衛(wèi)星資源分配由人工調(diào)度分配方式向自動(dòng)化調(diào)整分配方向發(fā)展。

（7）在發(fā)展中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的同時(shí)，用戶終端將朝著小型化、智能化、低功耗和高可靠性方向發(fā)展。

（8）在中繼星應(yīng)用方面，原單址通信方式將向多址通信方式發(fā)展，以增加中繼星的用戶容量。

6 結(jié)束語(yǔ)

中繼星以高覆蓋率、高數(shù)據(jù)率和多目標(biāo)測(cè)控能力在空間技術(shù)發(fā)展中起到了極其重要的作用，日益受到世界各國(guó)的重視。我國(guó)作為擁有中繼星技術(shù)的航天大國(guó)，借鑒國(guó)內(nèi)外先進(jìn)的中繼星技術(shù)，加快研究與建設(shè)具有我國(guó)特色的下一代中繼星系統(tǒng)，已成為我國(guó)衛(wèi)星事業(yè)當(dāng)下亟待解決的問(wèn)題。

本文通過(guò)對(duì)現(xiàn)有的中繼星系統(tǒng)的研究，分別從系統(tǒng)設(shè)計(jì)和關(guān)鍵技術(shù)兩個(gè)角度上提出了中繼星未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)，其意義旨在為我國(guó)下一代中繼星的設(shè)計(jì)和發(fā)展提出部分參考性的意見(jiàn)，為我國(guó)下一代中繼星的全面建設(shè)貢獻(xiàn)綿薄之力。

[1] 劉保國(guó)．中繼衛(wèi)星系統(tǒng)在我國(guó)航天測(cè)控中的應(yīng)用[J]．飛行器測(cè)控學(xué)報(bào)，2012(12):1-5

[2] 史西斌，李本津，王錕等．美國(guó)三代跟蹤與數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展[J]．飛行器測(cè)控學(xué)報(bào)，2011(2):1-8

[3] Fujiwara Y, Sudo Y. Japan’s first data relay test satellite[C], 2003, Paris：IAF.

[4] 熊小莉．中繼衛(wèi)星系統(tǒng)用戶終端關(guān)鍵技術(shù)分析[J]．電訊技術(shù)，2010(7):15-20

[5] 王家勝．中國(guó)數(shù)據(jù)中繼衛(wèi)星系統(tǒng)及其應(yīng)用拓展[J]．航天器工程，2013(1):1-6

The General Situation and Development of TDRS at Home and Aboard

Yang Fei, Zhou Yaping, Li Qingfei

(Nanjing Panda Electronics Company Limited, Nanjing, 210002)

The TDRS play a vital role in space-based system. The paper firstly described the TDRS evolutionary history and the related products, and discussed the key technology of the TDRS. With the guidance of system design and key technology, the paper gives the development trends of TDRS。

Tracking and Data Relay Satellite(TDRS); customer terminal; space network; Development Trends.

10.3969/J.ISSN.1672-7274.2015.07.011

TN927+.2

A

1672-7274（2015）07-0043-05

楊 飛，博士，南京熊貓電子股份有限公司工程師。

周亞萍，本科，南京熊貓電子股份有限公司高級(jí)工程師。

李晴飛，碩士，南京熊貓電子股份有限公司工程師。