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2023-06-23
中继卫星网络的基本组成与构成要素
【摘要】：中继卫星系统通常包括中继卫星、用户星与地面站3个部分。地面站向用户星发生遥测遥控、跟踪信号，其指令通过中继卫星转发，在中继卫星与用户星之间建立通信链路，发送给用户星。中继骨干网作用主要对各功能卫星网络的数据实现汇聚、处理和分发。在图9-1的混合系统中，中继卫星可实现中低轨航天器100%的轨道覆盖率，并具有资源占用少、应用拓展能力强和最坏情况下接力续传次数少的优点。
中继卫星系统通常包括中继卫星、用户星与地面站3个部分。地面站向用户星发生遥测遥控、跟踪信号，其指令通过中继卫星转发，在中继卫星与用户星之间建立通信链路，发送给用户星。用户星要发向地面的遥测数据、探测数据、语音和视频等信息，经星间链路发到中继卫星，中继卫星接收后，经交频、编码、调制等处理，转发到地面站。为实现天基综合信息网的未来发展目标，充分发挥微波与激光通信各自的优势，微波与激光混合链路中继卫星系统结构可分为：各类用户卫星网络和中继骨干网。
中继骨干网作用主要对各功能卫星网络的数据实现汇聚、处理和分发。由于其主要服务对象是用户星和地面站，而非全球地面移动用户，且用3颗GEO星即可实现全球覆盖，因此其主要建设目标是实现对用户星和地面站的最大数据传输转发和处理的能力而非地面用户的全球覆盖。
各类用户卫星网络主要包括3类。
第一类：轨道高度为400～4 000 km的低轨道卫星。这个高度区间分布着一些飞船类飞行器和大量的应用类卫星，包括通信卫星（如铱星、全球星和轨道通信系统）、气象资源卫星和军事侦察卫星等。
第二类：轨道高度约为20 000 km的中轨道卫星。这个高度区间分布着部分通信卫星以及大量的导航类卫星，如美国全球定位系统GPS和我国北斗系列导航试验卫星。
第三类：倾斜地球同步轨道卫星，轨道高度35 786 km。这个高度区间分布着通信卫星、广播卫星和导航类卫星。部署这类卫星，卫星覆盖区域增大，可有效提高北斗导航系统性能，尤其可提高高纬度地区用户的定位精度。
大部分用户卫星网络均为低轨卫星，甚至为近地卫星。卫星之间自成系统，系统内部具备一定数据处理与分发能力，一般采用直接对地面站数据传回的方式，但随着系统不断发展，其数据量将成爆炸式增长，为满足未来高速大数据量的中继传输要求，还需要利用中继骨干网进行数据传回、处理与分发。
图9-1 三维图显示的微波与激光混合链路中继卫星系统
中继卫星系统框架如图9-1所示，3颗中继卫星构成中继骨干网，其中GEO-02和GEO-03分别设为东星和西星，GEO-01为中星。中继骨干网向下对用户卫星和地面站提供多条微波与激光链路，中继星通过星间激光链路相互连接，当其中一颗中继星与地面站之间反向传输链路出现中继能力不足的情况时，则通过星间激光链路先将数据由东星和西星传至中星，再由中星向下传输至多个地面站进行数据信息的综合处理，即通过中继接力的方式完成数据回传。
在图9-1的混合系统中，中继卫星可实现中低轨航天器100%的轨道覆盖率，并具有资源占用少、应用拓展能力强和最坏情况下接力续传次数少的优点。中继骨干网通过体积小、功耗低、传输速率极高的星载激光终端建立星间激光链路，可有效改善链路性能，以显著提高数据吞吐量，从而满足用户星的中继需求。
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