DE69021977T2

DE69021977T2 - Abstands-Messvorrichtung, Folgung und Steuerung für zellularen Kommunikationssatellitensysteme.

Info

Publication number: DE69021977T2
Application number: DE69021977T
Authority: DE
Inventors: Bary Robert Bertiger; Raymond Joseph Leopold; Kenneth Maynard Peterson
Original assignee: Motorola Inc
Current assignee: Torsal Technology Group Ltdllc Wilmington Us
Priority date: 1989-10-02
Filing date: 1990-10-01
Publication date: 1996-03-21
Anticipated expiration: 2010-10-02
Also published as: US5187805A; RU2134488C1; EP0421704A2; EP0421704A3; GR3017867T3; CA2023611A1; JP2611529B2; DK0421704T3; DE69021977D1; CA2023611C; EP0421704B1; JPH03139927A; ATE127297T1; ES2076329T3

Description

OUERVERWEISE AUF FACHVERWANDTE PATENTANMELDUNGEN

Die vorliegende Anmeldung steht in Beziehung zu den anhängigen EPA-Patentveröffentlichungen 0 365 885 A3 mit dem Titel "Satellite Cellular Telephone and Data Communication System", 0 416 462 A3 "Power Management System For A Worldwide Multiple Satellite Communications System", 0 421 722 A3 "Multiple Beam Deployable Space Antenna System" und 0 421 698 A2 "A Method To Optimize Cell-To-Cell Handoffs In A Satellite Cellular System".

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung bezieht sich allgemein auf Fernmessung, Bahnverfolgung und Steuerung (Telemetry, Tracking and Control TT&C) von Satelliten und insbesondere auf Satelliten, die bei globalen mobilen Nachrichtenübertragungs-Systemen benutzt werden, welche zellulare Technologie einsetzen.
Heute übliche Raumfahrzeuge oder Satelliten für Satelliten-Konstellations-Systeme verwenden jeweils einen TT&C-Transponder, der getrennt von dem Benutzer-Sprach/Daten-Nachrichtenübertragungs-System für solche Satelliten vorgesehen ist. Diese TT&C-Transponder sorgen allgemein für "Steuer"-Befehle, die zu dem Raumfahrzeug von einer festen Bodenstation zu senden sind. "Fernmessungs-"(Telemetrie)- und "Bahnverfolgungs"-Information wird auch von dem Raumfahrzeug zur Bodenstation über den TT&C- Transponder gesendet. Damit erfordert eine derartige Nachrichtenübertragung eine 2Wege-Transponder-Verbindung zwischen jedem Satelliten und der Bodenstation.
Fernmessungs (Telemetrie)-Daten vom Satelliten informieren einen Netzbetreiber über die Einsatzfähigkeit und den Status des Satelliten. Beispielsweise können Telemetrie-Daten die Menge des restlichen Hydrazin-Treibstoffs zum Raketenantrieb enthalten, so daß die Lebensdauer des Satelliten abgeschätzt werden kann. Darüberhinaus können kritische Spannungs- und Stromgrößen überwacht und als Telemetrie-Daten weitergegeben werden, die es der Bedienungsperson ermöglichen, zu bestimmen, ob die Schaltung des Satelliten richtig arbeitet oder nicht. Bahnverfolgungs-Information enthält Ephemeriden-Daten, die es erlauben, den Ort des Satelliten zu bestimmen. Insbesondere benutzt ein heute übliches Satelliten-System den TT&C-Transponder an Bord des Satelliten, um einen Ton zu der Grundstation herunterzusenden, um Bereich und Bereichsrate des Satelliten anzugeben. Die Höhe und der Winkel der Umlaufbahn des Satelliten kann durch den Bodenstations-Bediener aus dieser Information errechnet werden. Der Ton kann moduliert werden, um einen höheren Genauigkeitsgrad bei der Bestimmung des Bereichs und der Bereichsrate zu schaffen. Die Bodenstation sorgt in Reaktion auf die Bahnverfolgungs- oder Telemetrie-Daten für "Steuer"-Befehle zu dem Satelliten, die benutzt werden können, um die Umlaufbahn des Satelliten einzustellen, z.B. durch Beaufschlagen eines ausgewählten Strahls des Satelliten. Darüberhinaus können andere unabhängige Steuerbefehle erzeugt werden, um den Betrieb des Satelliten umzuprogrammieren und andere Funktionen des Satelliten zu steuern.
Die TT&C-Information ist allgemein verschlüsselt, um unerwünschte Störung durch die Signale anderer Betreiber zu vermeiden. Systeme nach dem Stand der Technik erlauben allgemein nur einen Austausch von TT&C-Information mit einem Satelliten, wenn der Satellit sich in Sichtverbindung mit der festen Grundstation befindet. Auch finden TT&C-Verbindungen nach dem Stand der Technik zwischen einer bestimmten festliegenden Grundstation und ihrem Satelliten statt und schaffen im allgemeinen keine TT&C-Nachrichtenübertragung z.B. mit anderen Satelliten.
TT&C-Transponderverbindungen, die getrennt von den Benutzer-z4 Sprach/Daten-Kanälen bestehen, werden gegenwärtig bei Hunderten von Satelliten benutzt. Getrennte Transponder werden allgemein benutzt, weil die durch sie behandelte Information allgemein von anderes gearteter Natur ist als die Information in den Benutzer-Nachrichtenübertragungskanälen. Insbesondere kann die TT&C-Information in einer vorherrschend digitalen Form bestehen, während die Sprach/Daten-Nachrichtenübertragungen mancher Satelliten-Systeme nach dem Stand der Technik in Analogform bestehen, welche die gesamte verfügbare Bandbreite für den Sprach/Daten-Benutzer-Nachrichtenübertragungskanal erfordert. Dazuhin ist die Datenrate für TT&C-Signale allgemein viel niedriger als die für Benutzerdaten.
Unglücklicherweise ergibt die Benutzung der genannten Systeme mit getrennten Transpondern für TT&C-Datenübertragung mehrere Probleme. Derartige Systeme nach dem Stand der Technik sind nicht für mobilen TT&C-Betrieb geeignet. Selbst in Satelliten- Konstellationen, bei denen Sprach/Daten-Kanäle verschiedener Satelliten miteinander verbunden sind, verhindert allgemein die nicht vorhandene Verbindung der TT&C-Transponder untereinander einen derartigen mobilen TT&C-Betrieb. Mobile TT&C-Betriebsweisen sind vorteilhaft zur Fehlersuche oder in Situationen, wo der Systembetreiber sich an irgendeinem von verschiedenen Orten befinden sollte. Auch hat jeder Satellit nur einen TT&C-Transponder, der meistens sehr teuer ist, da es lebensnotwendig ist, daß ein solcher Transponder es der zugeordneten Grundstation zuverlässig ermöglicht, Kontrolle über den Satelliten zu behalten. Darüberhinaus benutzen diese Transponder elektrischen Strom, der von dem an Bord befindlichen Stromerzeugungssystem stammt, das normalerweise Solarzellen und Batterien benutzt. Darüberhinaus erhöht die Verwendung von separaten TT&C-Transpondern unerwünschterweise das Gewicht der Satelliten-Systeme nach dem Stand der Technik und erhöht die Kosten der Herstellung, des Prüfens und des Einbringens solcher Satelliten in die Umlaufbahn.
Ein Steuersystem für ein Satelliten-Nachrichtenübertragungssystem entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 ist aus US-PS 4 809 006 bekannt.

Zusammenfassung der Erfindung

Dementsprechend sucht die vorliegende Erfindung ein TT&C-System zu schaffen, das keinen Transponder erfordert, der getrennt von der Benutzer-Daten/Sprach-Nachrichtenkanalausrüstung vorhanden ist und der für Satelliten geeignet ist, die in globalen mobilen zellularen Nachrichtenübertragungsfunktionen eingesetzt werden.
Nach der vorliegenden Erfindung wird ein Steuersystem für ein Satelliten-Nachrichtenübertragungssystem mit den Merkmalen nach Anspruch 1 geschaffen.
Das Steuersystem kann auch ein Sensor-Teilsystem an Bord des Satelliten enthalten, um vorbestimmte Bedingungen an dem Satelliten zu erfassen und für Telemetrie-Daten durch den Benutzer-Nachrichtenübertragungskanal zur Bodenstation zu sorgen.
Darüberhinaus kann das Steuersystem weiter einen Positionsempfänger an Bord des Satelliten enthalten, um die Ephemeriden- Daten des Satelliten zu überwachen und zu schaffen. Die Ephemeriden-Daten werden durch den Benutzer-Nachrichtenkanal so gekoppelt, daß die Ephemeriden-Daten von dem Satelliten zu der Bodenstation gesendet werden.
Die Ephemeriden-Daten können auch mit dem Satelliten-Steuerteilsystem gekoppelt werden, um für eine automatische bordeigene Steuerung des Satellitenkurses zu sorgen.
Die vorliegende Erfindung wird besser verstanden aus der nachfolgenden detaillierten Beschreibung, wenn sie im Zusammenhang mit den beigefügten Zeichnungen genommen wird.

Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 stellt ein Zellenmuster dar, das durch einen Satelliten eines zellularen Mehrsatelliten-Nachrichtenübertragungssystems geschaffen wird;
Fig. 2 bezeichnet eine Querverbindung zwischen einer Bodensteuerstation und einer Vielzahl von Satelliten; und
Fig. 3 ist ein Blockschaltbild des Elektroniksystems für eine Bodenstation und einen Satelliten.

Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführung

In Fig. 1 ist ein Satellit 10 dargestellt, der eine Vielzahl von Benutzer-Daten-Sender/Empfänger-Kombinationen enthält, die nachfolgend jeweils "Sendeempfänger(Transceiver)" genannt werden. Der Satellit 10 enthält auch Solar-Rezeptoren 12, Sendeantennen 14 und Empfangsantennen 16. Die Senderteile der Sendeempfänger benutzen jeweils eine separate Sendeantenne 14, um gleichzeitig eine Vielzahl von sich bewegenden Zellen zu projizieren, welche Muster 18 auf einem Abschnitt der Erdoberfläche bilden. Ein zellulares Satellitensystem, das zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung geeignet ist, wird in einer Patentanmeldung mit dem Titel "Satellite Cellular TELEPHONE AND DATA COMMUNICATIONS SYSTEM" beschrieben, EPA-Patentveröffentlichung EP-A-0 365 885, die der Inhaberin der vorliegenden Anmeldung übertragen ist und von den gleichen Erfindern stammt wie die vorliegende Anmeldung.
Jede einzelne Zelle, wie die Zelle 20 des Musters 18, enthält den Luftraum über der Erde und kann als eine kegelförmige Zelle gekennzeichnet werden. Der Systembetreiber der Bodenstation 22 wird, wenn er auch mobil ist, allgemein als an einer festliegenden Stelle am Boden relativ zu dem sich rasch bewegenden Satelliten 10 angesehen, der mit einer Geschwindigkeit von 27.360 km/h (17.000 mph) laufen kann. Die Zellen sind immer in Bewegung, da sich der Satellit 10 kontinuierlich bewegt. Das geschieht im Gegensatz zu zellularen erdmobilen Systemen, bei denen die Zellen allgemein als festliegend gedacht sind und der mobile Benutzer sich durch die Zellen bewegt. Wenn eine Zelle sich "über" den Benutzer bewegt, muß das zellulare Schaltsystem die Verbindung mit dem Benutzer an eine benachbarte Zelle "weiterreichen". Falls sich alle Satelliten in der gleichen Richtung bewegen und im wesentlichen parallele erdnahe polare Umlaufbahnen besitzen, können benachbarte Zellmuster und/oder benachbarte Zellen durch das zellulare Schaltsystem mit einem hohen Genauigkeitsgrad vorherbestimmt werden. "Weiterreichen" kann bewirkt werden in der in der genannte Patentanmeldung beschriebenen Weise. Amplitudeninformation oder abwechselnde Bittehlerraten-Information kann benutzt werden, um das "Weiterreichen" zu bewirken.
Jedes Satellitenmuster des zellularen Systems kann eine Vielzahl von 4Zellen-Trauben benutzen. Eine Traube enthält die Zellen 24, 26, 20 und 28, wobei die Zellen mit Frequenzen arbeiten, deren Größe jeweils als A, B, C bzw. D bezeichnet wird. Neun derartige Trauben sind in Fig. 1 dargestellt und ergeben das Muster 18. Die Mehrfachverwendung der Frequenzen A, B, C und D teilt die Größe des Spektrums, das sonst zur Nachrichtenübertragung mit dem Muster 18 erforderlich wäre, annähernd durch neun. Einer der Sendeempfänger des Satelliten 10 kann beispielsweise eine Aufwärts-Übertragungsfrequenz von 1,5 Gigahertz (GHz) bis 1,52 GHz und eine Abwärts-Übertragungsfrequenz von 1,6 bis 1,62 GHz verwenden. Jedes Zellenmuster 18 kann so angeordnet sein, daß es 463 km (250 Seemeilen) Durchmesser besitzt und es kann bei einem zellularen Satellitensystem 610 s dauern, ein vollständiges Zellmuster zu bearbeiten. Das zellulare Frequenzspektrum kann so angeordnet sein, wie es durch Standards vorgeschlagen wird, die durch die Electronic Industries Association (EIA) für terrestrische Zellularsystem-Kodierung veröffentlicht wurde. Digitale Techniken werden durch die Benutzerkanäle zur Nachrichtenübertragung mit Sprach- und/oder Dateninformation von einem Benutzer zu einem anderen benutzt.
Entsprechend der beschriebenen Ausführung wird die in der "A"- Frequenzzelle 24 gelegene Steuerstation 22 TT&C-Information mit dem Satelliten 10 unter Benutzung eines der zellularen Benutzer-Sprach/Daten-Übertragungskanäle statt eines getrennten TT&C-Transponders austauschen. Jeder dieser zellularen Benutzerkanäle stellt eine Daten/Sprach-Leitung dar, die durch eine Routen- oder Fernsprechnummer identifiziert ist. Typischerweise entstehen und enden diese Kanäle an der Erdoberfläche. Wenn er jedoch als ein TT&C-Verbindungsende des Kanals benutzt wird, kann der Empfänger eines "Anrufs" z.B. der Satellit 10 sein. Jedem Satellit in einer Konstellation ist eine eindeutige Adresse (d.h. eine Telefonnummer) zugeordnet. Die Bodenstation 22 kann direkt mit jedem in ihren Sichtbereich kommenden Satelliten durch Signalisieren der Adresse des Satelliten in Verbindung treten. In gleicher Weise hat auch die Bodenstation 22 eine eindeutige Adresse.
Wenn der Satellit 10 sich in der Richtung des Pfeils 30 bewegt, so daß die Zelle 26 sich als nächstes über den Betreiber 22 hinwegbewegt, wird die "A"-Zelle 24 an die "B"-Zelle 26 "weiterreichen", und diese wird später beispielsweise an die "D"- Zelle 32 "weiterreichen". Wenn die Zelle 26 untätig wird, wird die TT&C-Nachrichtenübertragung nur zeitweise unterbrochen statt möglicherweise vollständig zerstört, wie es bei Systemen nach dem Stand der Technik der Fall ist, die nur einen TT&C- Transponder pro Satellit besitzen. Damit ergibt das zellulare System nach Fig. 1 einen höheren Zuverlässigkeitsgrad für TT&C- Austausch wegen der Redundanz der Sendeempfänger, die die jeweiligen Zellen schaffen.
Nach Fig. 2 kann eine Bodenstation 50 durch den Benutzerkanal 51 für TT&C-Information in Nachrichtenaustausch mit einem Satellit 52 treten, während dieser sich in ihrer Sichtlinie befindet. Der Satellit 52 empfängt und sendet TT&C von bzw. an Station 50 zusammen mit multiplexierten Benutzerdatenkanälen, wie z.B. vom Benutzer 53 über Kanal 55. Das zellulare Schaltnetz erkennt die Satelliten-Identifizierung oder die Satelliten-Adresse für den Satelliten 52 in der gleichen Weise, wie das Netz terrestische Bestimmungsorte erkennt. Auch wenn gewünscht ist, TT&C-Daten zu einem anderen Satelliten 54 weiterzuleiten, der sich nicht mit der Station 50 in Sichtverbindung befindet, können solche Daten zum Satelliten 52 gesendet und dann über die Verbindung 56 zum Satelliten 54 übertragen werden. In gleicher Weise kann spezielle Vorsorgen getroffen werden zum Senden von Gesamtnetz-Aktualisierungen und TT&C- Daten zu und von jedem Satelliten in dem Netz.
Wenn ein Satellit 58 seine Leistungszustands- und Status- Sensordaten zur Erdsteuerstation 50 senden soll, erzeugt er einen Anruf und leitet die Daten durch die Verbindung 60 weiter unter Benutzung der Nummer für Satellit 52. Die TT&C-Information wird zunächst durch den Kanal 51 zur Steuerstation 50 nach unten geleitet. Typischerweise werden Satelliten wie 52, 54 und 58 nach TT&C-Daten abgefragt, jedoch können ernsthafte Ereignisse, die den Leistungszustand eines bestimmten Satelliten beeinflussen, durch diesen Satelliten erzeugt und ggf. durch andere Satelliten zur Bodenstation vebreitet werden. So läßt das erfindungsgemäße System einen konstanten Nachrichtenaustausch von TT&C-Daten mit der Steuerstation 50 auch dann zu, wenn die Steuerstation 50 sich nicht in Sichtverbindung mit dem die Austauschnachrichten ausstrahlenden Satelliten befindet.
Fig. 3 zeigt Blockdiagramme einer Bodenstation 100 und eines Satelliten 102. Die Bodenstation 100 kann entweder eine festgelegte Permanentstation oder ein mobiler Benutzer sein, der einen Computer mit einem Modem zur Nachrichtenübertragung z.B. durch ein Standard-Fernsprechgerät besitzt. Der Kodierer 103 gibt "adressierte" Signale an den Sender 105. Die Sende/Empfangs-Verbindung 104 überträgt Signale vom Sender 105 der Steuerstation 100 zum Antennen-Teilsystem 106 des Satelliten 102. Der Empfänger 108 des Satelliten 102 ist zwischen dem Antennen- Teilsystem 106 und dem Demodulator/Demultiplexer-System 110 angeschlossen.
Der Wegleiter 112 ist zwischen dem Ausgang des Systems 110 und dem Eingang des Multiplexer-Modulators 114 angeschlossen. Der Wegleiter 112 bearbeitet auch die Adressen aller ankommenden Daten und sendet angemessen adressierte Daten an andere Satelliten z.B. durch den Multiplexer-Modulator 114, der ebenfalls mit dem Querverbindungs-Sendeempfänger-Teilsystem 116 vewrbunden ist. Der Wegleiter 112 kodiert die angemessenen Adressen auf Signale mit anderen Bestimmungsorten als dem Satelliten 102. Der Wegleiter 112 sortiert Nachrichten für den Satelliten 102 aus, die durch ihren Adreßkode identifiziert werden. Ein globaler Positionierungs-Satellitenempfänger (GPS-Empfänger) 118 ist über den Wegleiter 112 durch den Leiter 120 und mit dem Satelliten-Teilsystem 122 durch den Leiter 124 verbunden. Der Wegleiter 112 ist mit dem Satelliten-Teilsystem 122 durch den Leiter 126 und dem Sensor-Teilsystem 128 durch den Leiter 130 verbunden. Das Satellitensteuer-Teilsystem 122 verschlüsselt Befehlsnachrichten vom Wegleiter 112 für den Satelliten 102 und läßt eine entsprechende Aktion unternehmen. Das Sensor-Teilsystem 128 schafft Telemetrie-Daten zu dem Wegleiter 112.
Der Globalpositioniersystem-(GPS)Empfänger 118 empfängt Information von bestehenden GPS-Satelliten in einer bekannten Weise und bestimmt den genauen Ort des Satelliten 102 im Raum. Umlauf-Raumvektoren werden aus dieser Information abgeleitet. Der GPS-Empfänger 118 bestimmt auch die Position des Satelliten 102 relativ zu der GPS-Konstellation. Diese Information wird verglichen mit der gewünschten in dem Wegleiter 112 gespeicherten Positionsinformation. Durch den GPS-Empfänger 118 werden Fehlersignale erzeugt, die zur automatischen Kurskorrektur zu dem Satellitensteuer-Teilsystem 122 gesendet werden. Das Fehlersignal wird innerhalb des Steuer-Teilsystems 122 benutzt, um kleine Raketen zu steuern, welche die "Kurshalte"-Funktion bewirken. Damit benutzt der Satellit 102 GPS-Information, um seinen eigenen Kurs zu steuern, statt nur Kurssteuerung von der Station 100 zu erreichen. Diese bordeigene Steuerung erlaubt das Einstellen und Steuern der Position des Satelliten 102 auf wenige Meter genau.
Der GPS-Empfänger 118 ergibt auch die Raumvektoren für den Wegleiter 112 und das Sensor-Teilsystem 128 schafft andere Telemetrie-Information durch den Leiter 130 zum Wegleiter 112, der Nachrichten zusammensetzt, die durch den Leiter 132 zum Multiplexer-Modulator 114 und durch den Leiter 134, den Sender 136 und den Leiter 138 zur Sendung durch das Antennen-Teilsystem 106 gekoppelt werden. Diese Nachrichten werden dann durch die Verbindung 140 zum Empfänger 108 der Bodenstation 100 gesendet. Wenn es alternativ gewünscht wird, durch eine andere Satellitenverbindung mit einer anderen Steuerstation zu korrespondieren, werden die durch den Wegleiter 112 kompilierten Nachrichten durch das Sendeempfänger-Querverbindungs-Teilsystem 116 gesendet. Damit kann jeder Satellit seine Position wie auch der Nachrichten zusammensetzt, die durch den Leiter 132 zum Multiplexer-Modulator 114 und durch den Leiter 134, den Sender 136 und den Leiter 138 zur Sendung durch das Antennen-Teilsystem 106 gekoppelt werden. Diese Nachrichten werden dann durch die Verbindung 140 zum Empfänger 108 der Bodenstation 100 gesendet. Wenn es alternativ gewünscht wird, durch eine andere Satellitenverbindung mit einer anderen Steuerstation zu korrespondieren, werden die durch den Wegleiter 112 kompilierten Nachrichten durch das Sendeempfänger-Querverbindungs-Teilsystem 116 gesendet. Damit kann jeder Satellit seine Position wie auch die Position seiner Nachbarn in der Konstellation "wissen". Der Bodenbediener besitzt auch konstanten Zugriff zu dieser Ephemeriden-Information.
Damit werden, anders als bei Systemen nach dem Stand der Technik, die keine GPS-Empfänger enthalten, die Bahnhaltungs- oder Ephemeriden-Daten für den Satelliten 102 an Bord des Satelliten 102 errechnet. Der Satellit 102 braucht keine konstanten Bahnhalte-Aktualisierungen von der Bodenstation 100. Bahnhaltungs-Steuerinformation wird jedoch durch die Bodenstation 100 geschaffen, wenn es erwünscht wird, daß sie es tut. Das GPS- Signal ist ein Digitalsignal, das mit den zellularen digitalen Nachrichtenverbindungen oder -Kanälen kompatibel ist, die für bodengestützte Benutzer/Benutzer-Nachrichtenübertragungen benutzt werden. Das vorangehend beschriebene Verfahren und das System zum Schaffen von Bahnverfolgungs-Information unterscheidet sich von den Verfahren und Systemen nach dem Stand der Technik, etwa dem tonbetätigten Satelliten-Bahnverfolgungssystem, wie es gegenwärtig durch die separaten TT&C-Transponder benutzt wird. Die bordeigene Einrichtung des digitalen GPS- Signalformates erlaubt ein Einbetten der Bahnhalte-Information in die normalerweise für Sprach- und/oder Daten-Übertragungen benutzten Kanäle.
Die vorstehend beschriebene Ausführung der Erfindung besitzt viele Vorteile gegenüber Systemen nach dem Stand der Technik, die einen separaten TT&C-Transponder in jedem Satelliten benutzen. Wenn insbesondere der Transponder des Systems nach dem Stand der Technik versagt, kann der Satellit wertlos werden. Da alternativ die Bodenstation 22 nach Fig. 1 z.B. jeden der dem Satelliten 10 zugeordneten Sendeempfänger benutzen kann, sind auch dann, wenn einer der Sendeempfänger versagt, noch 35 andere vorhanden, durch welchen die Station 22 eine TT&C- Nachrichtenübertragung mit dem Satelliten 10 aufrecht erhalten kann. Weiter wird, wie in Fig. 2 gezeigt, auch dann, wenn alle Verbindungen des bestimmten Satelliten z.B. 58 versagen, eine Verbindung der Bodenstation 15 mit dem Satelliten über eine Querverbindung, z.B. 60, über einen anderen Satelliten, z.B. den Satelliten 52, möglich. Damit ergibt das erfindungsgemäße System eine zuverlässige TT&C-Nachrichtenübertragung.
Das TT&C-System der beschriebenen Ausführung kann auch durch Querverbindungen in konstantem Nachrichtenaustausch mit einem bestimmten Satelliten bleiben, statt auf eine Sichtverbindungsmöglichkeit warten zu müssen, wie es bei TT&C-Systemen nach dem Stand der Technik der Fall war. Diese TT&C-Systeme nach dem Stand der Technik erfordern, daß die Bodenstation festliegt, während das erfindungsgemäße System auch mobile auf der Erde arbeitende Stationen benutzen kann. Die mobile Erdstation besitzt eine eindeutige ihr zugeordnete Adresse oder Fernsprechnummer und der Ort der Bodenstation kann in der gleichen Weise verfolgt werden, wie die Teilnehmer durch die zellulare Satellitenkonstellation verfolgt werden.
Zusätzlich werden durch Einbetten der TT&C-Information in einen Sprach/Daten-Kanal eines zellularen Nachrichtenübertragungs- Systems die Kosten, die Größe, der Leistungsbedarf und die Gewichtanforderung eines Satelliten für die beschriebene Ausführung minimalisiert. Darüberhinaus benutzt das Bahnverfolgungs-System der beschriebenen Ausführung einen GPS-Empfänger an Bord des Satelliten, um eine Bord-Bahnverfolgung und Bahnsteuerung zu schaffen, statt sich nur auf die bodengesteuerte Bahnverfolgung zu verlassen. Diese digitale Bahnverfolgungs-Information wird einfach in einen digitalen zellularen Benutzerkanal eingebettet.

Claims

1. Steuerungssystem für ein Satelliten-Nachrichtenverbindungssystem mit wenigstens einem Satelliten (10) mit Sendern (14) und Empfängern (16), die eine Vielzahl von Benutzer-Nachrichtenverbindungskanälen (55) zur Herstellung von Nachrichtenverbindung zwischen einer Vielzahl von Benutzern (53) bereitstellen, wobei das Steuerungssystem umfaßt:

eine Satellitensteuerung-Teilsystemeinrichtung (122) an Bord des Satelliten, die die Funktionen des Satelliten (10) steuert;

eine Bodenstation-Steuerungseinrichtung (50;100);

eine erste Einrichtung (106-112, 114, 116, 136), die die Bodenstation-Steuerungseinrichtung mit einem der Benutzer- Nachrichtenverbindungskanäle (104,140) koppelt, um eine Nachrichtenverbindung mit dem Satellitensteuerungs-Teil- System herzustellen, wobei die Bodenstation-Steuerungseinrichtung (50;100) dabei den einen der Benutzer-Nachrichtenverbindungskanäle (104,140) nutzt, um Befehle zu der Satellitensteuerungs-Teilsystemeinrichtung (122) zu senden;

wobei das Steuerungssystem dadurch gellennzeichnet ist, daß:

der Satellit (10) enthält:

eine Vieizahl von Sender(14)- und Empfänger(16)-einrichtungen, die eine vielzahl von aneinandergrenzenden, sich bewegenden Zellen (18) auf die Erde richten;

jede der Empfänger- und Sendereinrichtungen Einrichtungen zum Senden und Empfangen des einen der Benutzer-Nachrichtenkanäle (104,140) enthält; und

eine vollautomatische Einrichtung (112-116), die den einen der Benutzer-Nachrichtenverbindungskanäle, der mit der Bodenstation-Steuerungseinrichtung (50;100) in Nachrichtenverbindung steht, zwischen jeder der sich bewegenden Zellen umschaltet, so daß die Befehle dem Satelliten kontinuierlich zugeführt werden können; und

die Satellitensteuerungs-Teilsystemeinrichtung (122) auf die Befehle von der Bodenstation-Steuerungseinrichtung anspricht und die Befehle befähigt, eine ausgewählte Funktion des Satelliten zu steuern.

2. Steuerungssystem nach Anspruch 1, wobei die erste Einrichtung zum Koppeln enthält:

eine weitere Sendeeinrichtung (105), die in der Bodenstations-Steuerungseinrichtung enthalten ist;

eine Kodierungseinrichtung (103), die mit der weiteren Sendeeinrichtung gekoppelt ist und einen vorgegebenen Satellitenadressencode auf die Befehle für den Satelliten kodiert;

wobei der Satellit (102) des weiteren eine Leiteinrichtung (112) aufweist, die mit dem Empfänger (108) desselben gekoppelt ist, wobei die Leiteinrichtung den vorgegebenen Satellitenadressencode erkennt und darauf anspricht, um die Befehle zu erzeugen; und

eine zweite Einrichtung (114,116), die das Satellitensteuerungs-Teilsystem mit der Leiteinrichtung koppelt, so daß das Satellitensteuerungs-Teilsystem die Befehle empfängt.

3. Steuerungssystem nach Anspruch 1, das des weiteren enthält:

eine Sensor-Teilsystemeinrichtung (128) an Bord des Satelliten, die vorgegebene Bedingungen an dem Satelliten erfaßt und in Reaktion darauf Telemetriedaten erzeugt; und

eine zweite Einrichtung (106, 112, 114, 136, 140), die das Sensgr-Teilsystem über den einen der Benutzer-Nachrichtenverbindungskanäle koppelt, so daß die Telemetriedaten von dem Satelliten zu der Bodenstation-Steuerungseinrichtung gesendet werden können.

4. Steuerungssystem nach Anspruch 3, wobei die zweite Einrichtung zum Koppeln des weiteren enthält:

eine Weiterleiteinrichtung (112), die mit der Sensor-Teilsystemeinrichtung gekoppelt ist, wobei die Weiterleiteinrichtung die Telemetriedaten mit einem Adressencode kodiert, der der Bodenstations-Steuerungseinrichtung entspricht; und

wobei die Weiterleiteinrichtung (112) die kodierten Telemetriedaten über den Satellitensender bereitstellt und so den einen der Benutzer-Nachrichtenverbindungskanäle nutzt.

5. Steuerungssystem nach Anspruch 1, das des weiteren enthält:

eine Positionsempfängereinrichtung (118) an Bord des Satelliten, die die Ephemeridendaten des Satelliten überwacht und bereitstellt; und

eine zweite Einrichtung (106, 112, 114, 136, 140), die die Ephemeridendaten über den einen der Benutzer-Nachrichtenverbindungskanäle koppelt, so daß die Ephemeridendaten von dem Satelliten zu der Bodenstation-Steuerungseinrichtung gesendet werden.

6. Steuerungssysteme nach Anspruch 5, wobei die zweite Einrichtung zum Koppeln des weiteren enthält:

eine Weiterleiteinrichtung (112), die mit der Positionsempfängereinrichtung (118) gekoppelt ist, wobei die Weiterleiteinrichtung die Ephemeridendaten mit einem Adressencode kodiert, der der Bodenstation-Steuerungseinrichtung entspricht; und

wobei die Weiterleiteinrichtung (112) mit dem Sender (136) gekoppelt ist, der in dem Satelliten enthalten ist, so daß der Sender die Ephemeridendaten über einen der Benutzer- Nachrichtenverbindungskanäle (140) zu der Bodenstation- Steuerungseinrichtung bereitstellt.

7. Steuerungsystem nach Anspruch 1, wobei das Satelliten- Nachrichtenverbindungssystem enthält:

eine Vielzahl von Satelliten (52, 54, 58), die miteinander vernetzt sind, so daß sie Benutzer-Nachrichtenverbindungskanäle (56, 60) untereinander bilden; und

es des weiteren eine Einrichtung (104, 116) enthält, die die Bodenstationeinrichtung befähigt, Befehle über einen der Benutzer-Nachrichtenverbindungskanäle zu einem der Vielzahl von Satelliten über einen weiteren der Vielzahl von Satelliten zu senden, der mit selbigen vernetzt ist.

8. Steuerungssystem nach Anspruch 1, wobei das Satelliten- Nachrichtenverbindungssystem des weiteren eine zellulare Umschalteinrichtung (18) enthält.