Introduction to Satellite Communication 3rd Edition

Figure 8.22
TT&C operations from the ground using the omnidirectional and high-gain antennas
of the satellite.
used because it permits the TT&C station to reduce its power significantly. In
the case of RF tracking, the high-gain antenna includes the feedhorns, which
simultaneously receive the command carrier and generate pointing error signals
for use by the ACS. LEO spacecraft may rely on omnidirectional antennas through-
out their mission due to the close range and rapid motion relative to TT&C ground
stations.
8.3.7.1
Satellite Tracking and Ranging
One important function of the TT&C station is to provide for the measurement
of satellite position. The specific techniques employed are called tracking and
ranging, illustrated in Figure 8.23. For a GEO satellite, it is a relatively simple
matter to fix its position by measuring the azimuth and elevation of the Earth
station antenna when its beam is aligned to receive the telemetry signal. Note also
at the top of Figure 8.23 that there is only one unique value of range (the distance
to the satellite from the ground station) for a given GEO satellite once we know
whether it lies to the east or west of the Earth station’s longitude. The precise
range is obtained by measuring the time delay at the TT&C station between
transmission of a reference signal (like the pulse in the bottom drawing) and its
reception after being relayed by the range and satellite. Taking into account many
factors in the link, the range can be calculated from the delay because the speed
of propagation is fixed at the speed of light. The amount of time delay through

---

282
Spacecraft Mission and Bus Subsystems
Figure 8.23
(a, b) A single TT&C Earth station measures the range and direction to the satellite
so the satellite’s position can be computed.
the satellite and Earth station equipment, which must be removed from the measure-
ment, is determined by ground tests and by long-term analysis of ranging data.
The combined accuracy of range measurement for GEO satellites typically is 25m
or less.
Tracking and ranging of non-GEO satellites apply the same measurement tech-
niques. Because the associated ground stations require multiple tracking antennas
to ensure continuous communication, it becomes a relatively simple matter to
include tracking and ranging as added functions. The data subsequently are relayed
by suitable communication means to the SCC, where the satellite performance and
location are determined. Position accuracy requirements depend on the particular
mission but could be relatively simple compared to GEO because all ground stations
are required to track moving satellites.
8.3.7.2
Spacecraft Telemetry System
The telemetry link between the spacecraft and the ground station is used to provide
data concerning the status and health of the payload and bus subsystems. To get
a feel for how the data are gathered onboard the spacecraft and transmitted to the
ground, examine Figure 8.24, which is a simplified block diagram of the telemetry
system. At the left are examples of some of the critical elements of the spacecraft:
a battery, a fuel tank, and an RF power amplifier. Measurement of a key parameter
of each is made through a transducing device, which senses the parameter and
produces a corresponding output voltage. Battery voltage is taken directly and
adjusted to a standard level range with a set of voltage-dropping resistors. A
pressure transducer is connected into the fuel lines to provide information about the

---

8.3
Spacecraft Bus Subsystems
283