题目：星间链路的设计权衡及应用

空间通信架构是一个依靠通讯连接而相互联系的卫星和地面站的网络。通信链允许卫星系统之间的各个单元实现跟踪、遥测、指挥或任务数据的功能。上述的功能可以通过不同的通讯连接实现，例如地面站到卫星的上行链路、卫星向地面接收站的下行链路、以及卫星对卫星交联或相互间的联系。一个卫星在非地球静止轨道往往已经超出作为使用者的地面站的可观察范围，在这种情况下，另一个在地球静止轨道上的卫星可用于传输卫星和地面站之间的数据。自1990年以来，几种低地球轨道（ LEO ）的新型卫星已经被开发并广泛用于各种商业用途。卫星轨道和地面站形成的几何结构决定了它们的通讯架构。卫星传输信息在1960年得以实现，卫星轨道低空飞行（低于1000千米 ）时，就会接收数据，并将其存储在内存中。当卫星移动到接收地面站可以可观测范围时，卫星就将存储数据传输到地面站。由于在低空轨道上运行，这种架构允许使用低成本的运载火箭，同时该卫星的成本也较低，通常地面站的维持也不是必不可少的。但是这种架构的主要缺点体现在存取时间过长和等待卫星进入用户地面站的传输延迟。使用低地球轨道卫星之间的交互连接由于高度较低时可以降低发射功率，且由于有限的地球视野范围，受干扰的机会也会减少。因此，由于卫星飞行高度低，它还有效降低了每个卫星发射的成本。这种架构的弊端体现在其动态网络控制的复杂性，以及许多低地轨道卫星所需要的高可用性连接。本论文旨在通过设计低地球轨道和地球同步轨道卫星之间的交互联系来实现低轨通信覆盖。这就要求设计与评价的自动驾驶仪，可以在低空轨道卫星通过其覆盖范围时跟踪地球同步轨道卫星的轨道。本文在保证准 确跟踪地球同步轨道卫星的基础上，对几个问题进行了研究和评价。首先，本文研究了覆盖面积的计算，还广泛研究了通信链路功率的预算，通过模拟各种不同的情况，以获得最佳的办法。最优控制系统的最终目的是维持低地球轨道卫星和地球同步轨道卫星之间的角度。这个系统使得覆盖范围提高为典型的低地球轨道卫星-地面接收站覆盖范围的12.9倍。并且，发射机功率仍然与典型的低地球轨道-地面站链接一样。通信卫星还只有几十年历史，其潜在的应用的研究目前刚刚处于起步阶段。从功能上来说，他们已被作为在天空中的中继器。在几十年里，卫星的容量和复杂程度增长很快，但其功能并没有很大变化。随着卫星之间通信，即星间链路（ISLs）的出现，这种情况可能会改变。本论文的研究工作也涉及到轨道力学。目的是将计算星间链路(ISL)范围。文中也对星间链路ISLs介入的某些主要设计问题进行了探索。其中两种基本的方法被考虑:毫米波(MMW)和光学。 为了分析射频(RF)，实施和检验星间链路ISLs的通信能力，开发了一个工具软件。本论文也运用了一枚现有的GEO卫星进行了可行性研究，数据传递卫星用一枚遥感卫星增加了通信可及性的同时在末端增加了 (覆盖面区域) 的遥感卫星。 本论文将为姿态控制系统提供一个设计，以控制GEO-LEO通信设计的天线和指挥它面向往GEO卫星。本论文的结构安排如下:第1章展示该论文研究背景及方法。第2章展示发明ISL开始阶段的回顾及背景。由于ISL在美国航空航天局得到了高效运用，以美国航空航天局设计的Lincolin E卫星(LES)为例在该领域的主要步骤。 第3章研究轨道力学。此的目在于计算ISL的范围，以便为RF ISL计算链接电力预算，RF ISL在链接等式中被广泛研究以显示不同的权衡结果以及如何得到运用。 第4章研究链接电力预算为建立ISL在LEO和GEO卫星之间和权衡参量的分析，特别是其中的Eb/N0参量在链接等式中占据重要地位，以及在阐述的最后讨论一些重要部分并且谈论参数权衡能力。第5章为跟踪GEO卫星,完整演算了为保持LEO卫星提出的天线的角度，并且使用了单脉冲跟踪技术。在第6章，关于NILESAT对空频率定向天线(或是卫星的参量，如果当天线设计被修理时)设计图的上的运用展示了开发姿态控制算法和被提出的天线必要性的发展过程。本论文提出最优控制算法运用线性二次方章程方法。瞬变和稳定率的反应被评估并且记录。而且，空白噪声模仿运用到检查系统磁化系数，在此同时反应得到了评估和记录。 最后，对本文的主要贡献进行了总结，并在本论文已经取得的研究成果的基础上，对进一步的工作进行了展望。