中继卫星
中继制导的原理
中继制导的原理中继制导（或称为中继跳导）是一种导航系统，它在人造卫星导航系统中发挥着重要的作用。
其原理是通过在卫星系统的地面站点中设置中继器（也称中继卫星），将导航信号从卫星传输到接收器。
这种技术使得导航信号能够在地理上没有直接可见的地方被接收到，并将信号覆盖到更广阔的范围。
中继制导的原理可以通过以下几个方面来解释：1. 中继卫星的设计：中继卫星通常位于卫星导航系统的中间轨道，这个轨道使得卫星能够覆盖更广阔的区域。
中继卫星上通常携带有多个天线和转发器，它们可以接收到来自卫星系统的导航信号，并将信号从一个地理位置传输到另一个地理位置上。
2. 中继卫星与地面站的通信：地面站和中继卫星之间的通信是实现中继制导的关键。
地面站通过向中继卫星发送指令，将需要传输的导航信号上传到中继卫星。
中继卫星收到信号后经过处理，再将导航信号传输给接收器。
接收器会解析信号并计算出位置信息。
3. 跳频技术：为了提高导航信号的传输质量和安全性，中继制导通常使用跳频技术。
这种技术采用不同的频率在中继卫星和接收器之间进行通信。
通过频率跳变，信号不容易被干扰或破解，从而保证了导航传输的可靠性和安全性。
4. 多路径效应的减小：中继制导可以减小导航信号受到多路径效应的影响。
多路径效应是指导航信号在到达接收器之前经过了多次反射和折射，导致了信号的传播路径不唯一。
通过在中继制导中引入中继卫星，可以减少信号在传输过程中遇到的障碍物，并降低多路径效应对导航性能的影响。
5. 提高导航系统的覆盖范围：中继制导还能够扩大导航系统的覆盖范围。
卫星系统通常需要在地球表面上设置多个卫星以提供全球的导航服务。
然而，由于地球表面的限制，卫星的数量是有限的。
通过使用中继卫星，导航信号可以传输到卫星无法直接覆盖的区域，从而实现了全球范围的导航服务。
总之，中继制导是一种通过在地面站点中设置中继器（中继卫星），将导航信号从卫星传输到接收器的导航系统。
通过利用中继卫星的通信能力和跳频技术，中继制导可以提高导航信号的可靠性和安全性，减小多路径效应的影响，同时还实现了全球范围的导航覆盖。
第四章 跟踪与数据中继卫星系统——概述
TDRSS改进了统一载波系统中用频分复用来统一完成各种 测控功能的方案，而采用时分复用和扩频复用来实现多 种测控功能和数传功能的统一。 这种“时分/扩频”统一的原理，包括6个主要的技术要 素： ① 时分复用。 ② 一码多用。 ③ I/Q正交复用。 ④ 纠错编、译码。 ⑤ 高速数传技术。 ⑥ 扩频测距。
覆盖率=2(α+β)/2π
③中继卫星到地心的连线既不垂直于用户星轨道平面， 也不平行于用户星轨道平面，覆盖率介于两者之间，用 户星一个轨道周期内既可能出现地球遮挡，也可能完全 覆盖。
TDRSS的特点表现在，它既与同步卫星通信不同，又与“TT&R” 不同。它与同步卫星的区别： ①TDRSS要对用户星定轨。 ② TDRSS测控目标为高速空间飞行器；而卫星通信的用户为 地球表面的卫星通信固定站或速度较低的移动通信站。 ③ TDRSS要进行高速数据中继传输。 ④ TDRSS能进行多目标测控通信。其多址通信的方法，包括 码分多址和时分多址，并采用了TDRS星载相控阵天线及其多 波束地面形成等新技术。
②中继卫星位于用户星轨道平面时，中继 卫星跟踪用户星，覆盖用户星是最差的。 图中，弧ABCD的长度是用户星的可见弧段， 也就是中继卫星对用户星的覆盖弧段。
Re Re 2 α +β =2 arccos +arccos Hs+Re Rs
地 面 终 端 站
中 KSA正向（S频） 继 卫 遥控、跟踪 星 KSA反向（K频）
遥测、跟踪
电气
TDRSS发射运载器
结束
在TDRSS中，对用户航天器的定轨，采
RR 2
用的方法是：“动力学”法。（ R R 法） 利用地面终端站→中继卫星→用户航天器→中继卫星 →地面终端站的双向测距测速数据来定轨，电波的传 播顺序为t 0 →t 1 → t 2 → t 3 →t 4
公共基础——中继通信卫星
中继通信卫星
1.2018年5月21日5时28分，我国嫦娥四号探月任务迈出了第一步——中继通信卫星“鹊桥号”在西昌卫星发射基地用长征四号丙运载火箭发射升空。
2.鹊桥号中继星是世界首颗运行于地月拉格朗日L2点（月球背面）的通信卫星，最远距离地球约46万公里，将为年底择机实施的嫦娥四号月球探测任务提供地月间的中继通信。
标志着我国率先掌握地月中继通信技术，这是我国在月球探测领域取得的新突破。
3.鹊桥号搭载了由哈尔滨工业大学研制的两颗月球轨道编队超长波天文观测微卫星“龙江一号”“龙江二号”，将开展月球轨道编队飞行、空间超长波天文干涉测量等技术试验。
4.鹊桥号中继星和微卫星还将利用携带的荷兰研制的低频射电探测仪、沙特研制的月球小型光学成像探测仪、中山大学研制的激光角反射器等有效载荷，择机开展科学探测试验。
5.鹊桥号中继星命名则来源于中国民间流传千古的牛郎织女传说，是中国航天人自主设计建造的地月信息联通的“天桥”。
6.中国探月工程，又称“嫦娥工程”。
2004年，中国正式开展月球探测工程。
嫦娥工程分为“无人月球探测”“载人登月”和“建立月球基地”三个阶段。
中国探月工程经过10年的酝酿，最终确定中国的探月工程分为“绕”、“落”、“回”3个阶段。
7.第一期绕月工程在2007年发射探月卫星“嫦娥一号”“嫦娥二号”，对月球表面环境、地貌、地形、地质构造与物理场进行探测。
第二期工程时间定为2007年至2016年，目标是研制和发射航天器，以软着陆的方式降落在月球上进行探测。
第三期工程时间定在2016至2020年，目标是月面巡视勘察与采样返回。
中继卫星示意图。
中继卫星
中继卫星中继卫星被誉为“卫星的卫星”，是半个多世纪以来随着人类探索、开发和利用空间活动的不断深入逐步发展起来的新型空间信息传输系统，其主要功能是进行天基测控和空天数据中继，相当于把地面测控站搬到了距地面36000公里的地球同步轨道上，可为卫星、飞船等航天器提供数据中继和测控服务。
作为在太空中运行的数据“中转站”，中继卫星能使资源卫星、环境卫星等数据实时下传，极大提升各类卫星使用效益和应急能力。
中国第三颗地球同步轨道数据中继卫星“天链一号03星”2012年7月25日夜间在西昌卫星发射中心成功发射。
经过一段时间在轨验证和系统联调后，“天链一号03星”将与2008年发射的01星、2011年发射的02星实现全球组网运行，中国将由此正式建成第一代中继卫星系统。
现有的中继卫星美国6颗1983年4月4日发射了第一颗跟踪与数据中继卫星TDRS-1，开创了天基测控新时代；1993年1月，第6颗跟踪与数据中继卫星(TDRS-6 )发射后，该系统具有了在轨运行和轨道备份能力，这才真正完成其组网过程。
1995年7月13日发射了第7颗TDRS卫星作为应急备用星，结束了长达10余年的第一代跟踪与数据中继卫星系统的建设工作。
美国之所以如此坚持不解地努力发展这一系统，重要原因就是它是一种作用很大的卫星。
由于发射失败和卫星本身故障，直到1991年发射第5颗卫星(TDRS-5)时，只能保持一颗完好的卫星在轨，虽然其间也曾有过2颗上作卫星在轨的情况，但没有足够的轨道备份。
尽管如此，这种卫星系统已发挥了很大作用，它曾为12种以上的各种中、低轨道航天器提供跟踪与数据中继业务。
其中包括著名的哈勃望远镜。
如今，关国正在研制下一代的高级跟踪与数据中继卫星系统(A TDRSS)新一代跟踪数据中继卫星计划再发射3颗卫星，称为TDRS-H, I, J.其中TDRS-H和I已于2000年6月和2002年9月发射升空。
TDRS-H处于部分工作状态，TDRS-I处于校验状态。
卫星中继通信系统市场增长分析
卫星中继通信系统市场增长分析随着全球化进程的加速和信息时代的发展，卫星中继通信系统作为跨越地域限制、提供全球无缝覆盖通信服务的关键技术，其市场正在经历前所未有的增长。
本文将从六个维度深入探讨卫星中继通信系统市场增长的动因与未来趋势。
一、技术进步与创新推动市场扩张近年来，卫星通信技术取得了显著进展，包括高通量卫星（HTS）、低地球轨道（LEO）星座、中地球轨道（MEO）星座等新型卫星系统的出现，这些技术革新极大地提高了数据传输速率、降低了延迟，并扩大了服务范围。
例如，LEO星座通过缩短信号传输距离，实现了接近光纤级别的通信体验，为偏远地区、航空航海、应急通信等领域提供了新的解决方案。
技术创新不仅增强了卫星通信的服务能力，也拓宽了其商业应用边界，激发了市场的巨大潜力。
二、互联网普及与数字化转型的催化作用全球范围内互联网的快速普及和数字化转型浪潮，对高速、可靠的数据传输需求激增。
卫星中继通信系统作为地面网络的重要补充，特别是在偏远地区和海洋、空中等地面网络难以触及的地方，成为了连接“数字鸿沟”的桥梁。
随着物联网（IoT）、远程教育、远程医疗、自动驾驶等新兴应用的兴起，卫星通信作为底层基础设施的角色日益凸显，市场需求持续上升。
三、政策扶持与国际合作的加强各国政府意识到卫星通信对于、经济发展、灾害响应等方面的重要性，纷纷出台相关政策，提供资金支持、频谱资源和政策优惠，以促进本国卫星通信产业的发展。
同时，国际间的合作也在不断深化，如国际电信联盟（ITU）等国际组织在规范频谱分配、协调全球卫星网络部署方面的努力，为卫星通信市场的健康发展创造了良好的外部环境。
政策与国际合作的双重助力，加速了全球卫星中继通信系统市场的成长步伐。
四、商业化模式的多样化探索随着市场需求的多元化，卫星通信企业不断探索新的商业模式，如按需服务、共享容量、数据即服务（DaaS）等，以灵活满足不同客户群体的特定需求。
此外，随着成本效益的提升，尤其是发射成本的大幅下降，小型卫星和微小卫星星座的商业化应用得以加速，降低了进入门槛，吸引了更多私营企业和创业公司的参与，进一步激发了市场的活力与竞争。
设计中继卫星的轨道选择与安排方法
设计中继卫星的轨道选择与安排方法一、引言中继卫星作为一种重要的通信工具，其轨道选择和安排方法对于通信系统的性能具有重要影响。
本文将探讨设计中继卫星轨道的选择与安排方法，以及相关的专业知识。
二、中继卫星轨道的选择1. 地球同步轨道（GEO）：地球同步轨道是中继卫星最常用的轨道之一。
它位于赤道高度约36000公里的轨道上，具有相对稳定的位置。
地球同步轨道的选择可以使卫星始终位于同一地点上方，方便地面站进行通信，但其缺点是延迟较大，不适合实时通信需求。
2. 低地球轨道（LEO）：低地球轨道通常位于2000公里以下的轨道上。
相较于地球同步轨道，低地球轨道具有较低的延迟和较高的信号传输速率。
此外，由于距离较近，所需发射功率也相对较低。
然而，低地球轨道的卫星数量较多，需要建立大量卫星网络以实现无缝覆盖，并且卫星之间需要频繁进行切换。
3. 中地球轨道（MEO）：中地球轨道位于地球同步轨道和低地球轨道之间，高度约为2000到20000公里。
中地球轨道的选择可以兼顾延迟和信号传输速率的需求，同时减少卫星数量，降低系统建设成本。
然而，中地球轨道的卫星对于地面站的天线要求较高，因为卫星相对地面站的运动速度较快。
三、中继卫星轨道的安排方法1. 稀疏轨道：稀疏轨道是指在给定的轨道带宽内，尽可能少地使用卫星进行通信。
这种方法通过合理安排卫星的位置和角度，使得每个卫星的覆盖范围最大化，从而实现高效的通信。
稀疏轨道的优势在于系统建设成本较低，覆盖范围较广，但需要考虑卫星之间的互相干扰情况。
2. 密集轨道：密集轨道是指在给定的轨道带宽内，尽可能多地使用卫星进行通信。
这种方法通过增加卫星数量和安排密集的轨道，提高系统的容量和可靠性。
密集轨道的优势在于可以提供更好的通信质量和覆盖范围，但系统建设成本较高，并且需要考虑卫星发射和维护的复杂性。
3. 混合轨道：混合轨道是指将稀疏轨道和密集轨道相结合的安排方法。
通过合理安排不同类型的卫星轨道，可以兼顾系统容量、覆盖范围和建设成本等方面的需求。
美国军事战略战术中继卫星MILSTAR
美国军事战略战术中继卫星MILSTAR 1.概述军事星(MILSTAR)是美国军事战略战术中继卫星系统的简称，是一种极高频对地静止轨道军用卫星通信系统。
它具有抗核加固能力和自主控制能力，MILSTAR系统开始于20世纪80年代。
是世界上第一个采用了EHF频段、快跳频等新技术的卫星系统。
MILSTAR最初是为了美国在核冲突中，在受敌攻击状态下，给美军应急信息而设计的。
MILSTAR系统可以为部队提供方便的呼叫方式，尤其可以为大量战术用户提供实时、保密、抗干扰的通信服务，通信波束全球覆盖。
其抗干扰能力强、安全性和生存能力强，能够满足战略和战术通信的需要。
MILSTAR军事卫星系统包括6颗“军事星”卫星，是世界上首颗采用数字处理和调频技术的卫星，抗摧毁和生存能力强。
前2颗为第一代“军事星”，后4颗为第二代“军事星”。
MILSTAR I-1和-2属于MILSTAR-I系列卫星，分别位于120。
W和4。
E的相对静止轨道上。
卫星重约4.67吨，太阳帆板输出功率为8kW，设计寿命为7年，但现在已经超期服役。
星体采用了先进的抗核加固技术，携带一个超低速率的通信载荷LDR、一个星间通信载荷。
LDR用于战略战术部队的增强型生存性和最低限度通讯，可发送和接受速率为75-2400bit/s的声码和数据信息（无图像）。
该卫星主要保障战略司令部在紧张状态时能够下达指令，核力量是该系统的最优先的用户，其次则是陆、海、空军的非核战部队。
两星配对工作，提供对美太平洋至大西洋部队的保密通信覆盖。
MILSTAR-II系列卫星以战术通信为主。
第一代MILSTAR卫星的投入应用激发了美军发展第二代MILSTAR的积极性，三颗MILSTAR-II卫星形成覆盖全球的抗干扰卫星通信网。
与MILSTAR-I不同。
MILSTAR-II卫星在轨寿命达10年以上，它同时配置了LDR和MDR （中速率通信载荷）有效载荷，具有增强型的战术通信能力，包括为移动部队提供高数据速率和对敌方干扰中心实施自适应天线调零。
中继星的作用范文
中继星的作用范文中继星（Relay Satellite）是一种位于地球轨道上的人造卫星，其主要作用是中继和传输信号、数据和通信。
中继星充当一个传递器，将来自发射站的信号接收后再转播给目标接收站，以便实现远距离通信和数据传输。
它们在宇航领域中起到了非常重要的作用，尤其是在远距离通信、精确定位和科学探索方面。
首先，中继星在远距离通信中发挥着关键作用。
地球表面通信的范围通常受限于地平线的视距，因为无线信号无法穿过地球大气层或山脉等阻碍物。
通过将中继星放置在地球轨道上，可以利用其高高度、固定位置和广覆盖范围的特点，实现全球范围内的通信。
发射站可以将信号发送到中继星，中继星再将信号转发给目标接收站，从而连接起两个远距离的地点。
这种长距离通信对于国际航空航天领域、国际贸易和航海等行业至关重要。
其次，中继星可以用于实现精确定位。
通过使用多颗中继星进行三角定位，可以准确地测量和确定一个地点的位置。
地球轨道上的中继星可以接收来自卫星导航系统（如GPS，GLONASS和Galileo）的信号，再将这些信号转发给目标接收器。
目标接收器可以通过分析来自不同中继星的信号，计算出自己的位置坐标。
精确定位对于航空航天导航、交通管理、地质勘探和环境监测等应用领域至关重要。
此外，中继星还可用于科学探索。
航天器常常被用于探索外太空和其他行星，然而，由于地球和远距离天体之间的巨大距离，直接与航天器进行通信非常困难。
中继星可以作为一个重要的桥梁，接收宇宙航天器传回的数据信号，然后传输到地球上的控制和研究站点。
这样，科学家和研究人员可以实时获得探测器的数据和图像，进一步研究和分析宇宙中的奥秘。
除了以上的应用领域，中继星还可以用于天气预报、卫星电视、军事通信、互联网覆盖等方面。
其中，天气预报中继星可以收集来自各个地方的气象数据，并将其传送给气象站，以获得准确的天气预测。
卫星电视方面，中继星起到了信号传输的作用，将卫星电视台在卫星上的信号进行转发，使电视观众能够接收到来自全球各地的电视节目。
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跟踪、测定中、低轨道卫星：为了尽可能多地覆 盖地球表面和获得较高的地面分辨能力，许多卫 星都采用倾角大、高度低的轨道。跟踪和数据中 继卫星几乎能对中、低轨道卫星进行连续跟踪， 通过转发它们与测控站之间的测距和多普勒频移 信息实现对这些卫星轨道的精确测定。 为对地观测卫星实时转发遥感、遥测数据： 承担航天飞机和载人飞船的通信和数据传输中继 业务 满足军事特殊需要
卫星通信使用频率
C频段（3.4-6.65GHz) Ku频段(10.95-18GHz) Ka频段(18-40GHz) L频段(1.12-2.6GHz) 其他频段(UHF,S,X,Q,V)
中继卫星的组网特点
空间段具有备份节点、备份星 地面段配置备份中心、备份站 系统具备2颗卫星共位能力（轨位资源、全 功能、延长寿命） 系统具备轨道漂移能力（定期调整）
我国的“天链一号”卫星系统
“天链一号”三星组网示意图 （三星均匀分布）
工作轨道
中继卫星轨道的选择遵循下面两项原则： 1）卫星和相应的地球站之间应能直视（与 使用的微波频段有关） 2）卫星对它的用户轨道应有尽量大范围的 覆盖 各国的中继卫星均设置在地球静止轨道（地 球同步轨道）上
用途
微波波段的优点
（1）微波波段的载波工作频率高，在相对带宽相同的情况 下，起新到的绝对贷款比短波要大得多，因而可以传送较 多的信息量 （2）由于微波波段波长短，所以容易制成高增益天线。天 线增益可达几十dB。 （3）天电干扰、工业干扰及太阳黑子的变化在微波波段基 本不起作用。 （4）与有线通信相比，微波中继通信有较大的灵活性。 （5）在微波波段，电磁波的传播是直线视距的传播方式。 要进行远距离通信，必须采用中继通信方式。
中继卫星天线资源分配
中继卫星用于建立星间链路的天线资源一般可分为单址天线和多址天 线两种。单址天线提供一条单址链路,不同波段(S波段、Ku波段、Ka 波段)的信号都可以通过这条单址链路进行传输。目前国外中继卫星 如TDRS等一般配有两个单址天线,因此可同时提供两条单址链路。在 只有单用户航天器与中继星可见或是某用户航天器的传输任务优先级 别较高的情况下,一般采用单址天线与该用户航天器建立星间链路,链 路最高速率级可达每秒兆比特级。多址天线一般是一个相控阵天线,可 以同时形成多个前向和返向波束,通过多址天线的信号,采用码分多址 进行区别。当有多颗用户航天器需要与中继卫星传输数据并且同时满 足可见条件时,此时中继卫星应开通多址天线来对所执行任务优先级别 比较低的用户航天器进行跟踪定位并建立星间链路,此时所形成链路为 低速率链路,最高速率级为每秒千比特级。应注意的是单址天线与多址 天线之间具有的一定程度的可替代性,如S波段信号既可以通过单址天 线传输,也可以通过多址天线传输
F
解 收处 调 基理 器 带器
D E M B D U 基 带 出
射频线路
中频线路 卫星无线电线路
卫星通信使用频率
电波应能穿过电离层，传输损耗和外部附 加噪声应尽可能小 有较宽的可用频带，尽可能增大通信容量 较合理的使用无线电频谱，防止各宇宙通 信业务之间及与其它地面通信业务之间产 生相互干扰 通信采用微波频段（300MHz-300GHz）
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IPN由骨干网、行星网 和接入网组成
IPN接入网
•组成：骨干网和行星网中的边 界节点 •功能：骨干网与行星网的连接
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中继卫星的发展趋势
激光链路
未来美国宇航局SCaN(太空通信与导航系统)网络
发展趋势
通信频段向高频段方向发展 激光通信链路的组建 天基网的互联互通 强性能卫星天线 先进的调制技术 用户接入和卫星资源分配由人工调度分配方式向自动化调 整分配方向发展! 在发展中继卫星系统的同时，用户终端将朝着小型化"智 能化"低功耗和高可靠性方向发展! 在中继星应用方面，原单址通信方式将向多址通信方式发 展，以增加中继星的用户容量!
系统工作过程
发送站一个已调载波通路 接收站一个已调载波通路
发处 基理 带器
基 带 入 B D U
调 制 器
M
中 频 滤 波 器
F
上 行 变 频 器
U C
功 率 放 大 器
H P A
上 行 空 间 路 径
下 下 行 行 空 间 低放 变 路 噪大 频 径 声器 器 L D N C A
中 频 滤 波 器
二、跟踪与数据中继卫星系统
概念
简称TDRSS，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、连续跟踪与轨适测控服务的系统， 简称中继系统。
工作原理
是用于转发地球站对中低轨道航天器的跟踪测控信号和中 继航天器发回地面的信息的地球静止通信卫星。 跟踪与数据中继卫星的作用，相当于把地面的测控站升高 到了地球静止卫星轨道高度，一颗卫星就能观测到大部分 在近地空域内飞行的航天器， 因此由两颗卫星和一个测控站所组成的跟踪和数据中继卫 星系统，可以取代配置在世界各地由许多测控站构成的航 天测控，实现对中、低轨道航天器85%～100%的道覆 盖网（美国TDRSS现正在运行的卫星有7颗）。
中继卫星
一、中继卫星的概念 二、跟踪与数据中继卫星系统 三、中继卫星的组网和发展趋势
一、中继卫星的概念
中继卫星被称为“卫星的卫星”，可为卫 星、飞船等航天器提供数据中继和测控服 务，极大提高各类卫星使用效益和应急能 力，能使资源卫星、环境卫星等数据实时 下传，为应对重大自然灾害赢得更多预警 时间。
在IPN网络中的应用
IPN网络组成 1）IPN骨干网 2）IPN行星网 3）IPN接入网
IPN由骨干网、行星网 IPN骨干网 •组成：大容量链路和高 和接入网组成 处理能力节点
•功能：实现远距离中继 通信
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IPN由骨干网、行星网 和接入网组成
IPN行星网
•组成：行星上的卫星和表面 探测器 •功能：自主协同实现各类探 测器的组网通信