星间链路是指卫星与卫星之间的交互通信链路,其作用是可以代替地面中继站完成卫星星座的自主运行功能,同时可以大大减少地面上注站(主要是定期注入定轨数据及时钟校正数据)的数量。卫星星座自主运行是指卫星在不依赖地面设施的情况下,自主确定星座状态和维持星座构型,在轨完成飞行任务所要求的功能或操作。自主运行能大大降低星座成本、减小系统风险,是一种必然的发展趋势。由于认识到以地面测控和运控为主的传统模式在运行和管理中存在的缺陷,各国都在积极发展航天器的自主运行技术。
美国的GPS从Block-IIR卫星开始增加星间链路,在无地面主控站支持的情况下,将180天预报时段内的用户定位精度从5000m提高到6m,显著提高了GPS在战争及其他特殊环境中的可用性。GPS Block-IIR卫星采用环形阵列技术,将10个螺旋天线阵元安装在卫星对地面,天线群延迟不确定度控制在0.5 ns以内。同时配置星间链路转发数据单元(CTDU)和星间链路收发设备(CTS)。CTDU是时分多址跳频扩频通信系统,利用超高频(UHF)频段,采用5 Mc/s伪随机码,108 W的射频发射功率,提供精密测距信号并进行自主导航数据交换。GPS Block-IIR卫星实施双频单向测距,在测距帧期间,采用测距模式,任意一颗Block-IIR卫星在分配的时隙里发射测距信号,其他所有可见的导航卫星进行接收,对UHF频段的测距信号进行处理,利用两个不同频率消除等离子层效应的影响,完成伪距测量。在数据帧期间,采用数据发送模式,每颗卫星在其分配的时隙里发射与自身相关的数据参数,主要包括伪距测量的计算结果、卫星估计出来的位置和时钟参数及相应的估计方差。
美国的军事星(Milstar)、第三代国防卫星通信系统(DSC-Ⅲ)和租赁卫星(LEASAT),都具备星间链路功能。军事星代表了美国军用卫星的最新发展,由6颗卫星采用V频段天线波束形成交叉的星间链路,具有极强的抗干扰能力,不易被摧毁。此外,“铱星”星座中采用Ka频段的星间链路技术;在“白云”海洋监视卫星系统中采用S频段星间链路技术;在跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)中采用中低轨星间链路技术。(www.daowen.com)
欧洲太空局的阿蒂米斯卫星(Artemis)具有工作在Ka和S频段的星间中继链路;俄罗斯太空局已在其军用和民用的中继星系统中增加了星间链路功能,分别工作在L、C频段。欧盟的Galileo系统和俄罗斯的GLONASS系统都已经开始研究和建设星间链路。日本也对跟踪与中继卫星系统中的星间链路系统进行了重点研究,开展Ka频段和S频段的链路技术研究。
国外在通信卫星星座、侦察编队飞行系统和全球导航卫星星座中均建有星间链路,除通信星座外,后两者均有星间通信和星间测距功能,而且全球导航卫星星座还具有自主导航功能,我国北斗三号卫星及一些应用卫星上也装备有星间链路设备。因此,本章以导航卫星星间链路系统特点介绍为出发点,引出对星间链路天线的功能性能需求;然后,围绕星间链路的需求,展开对具有波束扫描能力的两种天线——可移动点波束反射面天线和相控阵天线的论述。
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