太空飞行器跟蹤与通信设施主要由遥测、跟蹤、指令三部分组成。对任何卫星来说，跟蹤与通信设施都非常重要。它能使地面站与卫星之间进行通信。设施的主要功能是：对太空飞行器係数进行遥测，对太空飞行器进行遥控与跟蹤。通过卫星与地面站建立的无线电通讯链路来进行通信。在卫星飞行的整个阶段，最重要的是维持地面站与太空飞行器之间可靠的通信链路。在卫星发射阶段和早期的轨道运行阶段，地面控制台传送所需的飞行指令，诸如点燃助推火箭进行轨道修正，展开天线或太阳能电池组，点燃远地点加速器等。这些操作的一部分必须在精确的时间内执行，而有些可以在发射时间段进行。太空飞行器跟蹤与通信设施提供了这个极其需要的链路。

对于服务太空飞行器，在接近操作过程中，将被服务太空飞行器保持在视觉相机视场内并确保足够的稳定度是需要具备的基本功能之一。但由于被服务太空飞行器的不可控制性和不可预测性，使得需要对视觉相机平台，也即服务太空飞行器进行控制以跟蹤被服务太空飞行器。

跟蹤系统提供了卫星在轨道运行期间各个时间段的位置信息。跟蹤数据是非常重要的，主要用于以下方面：

(a) 确定和维持所需的卫星轨道。

(b) 将TC和TM天线指向卫星。

(c) 估算卫星在轨时地面指令传送给卫星的时间。

虽然目前在太空飞行器对空间目标的跟蹤控制问题方面已有较多研究成果，但这些跟蹤控制算法通常要获取空间目标的视线方向角度和( 或) 角速度信息，需要空间目标为合作目标或者增加新的敏感器完成上述信息测量。採用基于空间目标图像的视觉跟蹤控制能够有效利用视觉信息，且无需进行繁琐而複杂的相机内部参数标定和目标与相机运动的精确信息，由于服务太空飞行器已配置视觉相对导航相机，同时星上计算资源的日益增强，使得将视觉测量信息直接引入控制闭环成为了可能。将视觉引入控制闭环作为迴路中的一部分最早套用于机器人领域，就是通常所说的视觉伺服。

无论在理论上还是实际套用方面，都取得了大量的研究成果，按控制迴路中利用的信息不同，主要可以分为基于位置的视觉伺服( Position-based visualservoing)和基于图像的视觉伺服( Image-basedvisual servoing)两种结构。在基于位置的伺服中，利用目标特徵在相平面的投影信息，确定目标与相机坐标系的相对姿态和位置，为此必须对相机的内参数进行标定，从而会使系统的计算量增加。基于图像的视觉伺服直接使用目标在相平面中的视觉特徵误差量，将被控对象和视觉系统作为一个整体加以分析与设计，提高系统精度，减少对噪声的敏感程度。正是由于将视觉信息引入控制闭环带来的诸多优势，亦有多位学者探索了其在太空飞行器领域的套用可能性，提出了多种基于图像信息的控制跟蹤算法。

然而，由于太空飞行器与视觉测量系统在基于图像的视觉伺服控制迴路中的耦合作用，构成了一个本质非线性的複杂系统，增加了对视觉跟蹤控制算法进行分析和设计的困难。

随着技术的日新月异和各空间机构广泛合作，使空间任务的成本大大降低，空间站的出现，编队、集群或星群飞行的太空飞行器使现在能够完成比以往複杂得多的空间任务，但同时也对通信系统提出了更高的要求，通过以往地面站和卫星跟蹤系统已经难以适应今后空间呈现出的由卫星群、空间站、太空梭以及各类探测感测器网路构成的複杂的通信格局，从而迫切需要建立空间通信基础设施来为空间任务提供通信服务。一方面，地面网际网路令人吃惊的发展速度，使其成为覆盖全球的网路，下一代移动无线网路的接入系统和核心网路公共平台将基于IP 技术。另一方面，随着多路访问和多路分发、星际链路、星载处理器等卫星通信技术的发展，使人们开始通过卫星星群构造空间的卫星网路来为地面上的各种用户提过商用通信服务。

为了给日益增多和複杂多样的空间任务提供通信服务，需要为完成这些任务的太空飞行器提供近距离的通信接入服务，由于太空飞行器运行的规律性周期性，可以利用相同轨道的通信卫星组成一个等间距空间卫星环，为与之同向转动的太空飞行器提供接入和通信服务，这样可以增大用户的接入时间，减少切换频率，尤其是与卫星环轨道周期相近夹角在一定範围的太空飞行器。

目前空间任务通信还主要集中在为太空飞行器和地面用户之间提供通信，一种方式通过地面站和太空飞行器直接通信。这种方式需要建立大量的地面站，而且无法为低地球轨道太空飞行器提供不间断的通信服务。另一种方式通过跟蹤数据中继卫星系统(TDRSS)将数据中继到地面站，然后通过地面网路转发给用户。现美国宇航局的跟蹤和数据中继系统(TDRSS)由七颗位于地球同步轨道的通信卫星，可以为低地球轨道太空飞行器提供100%的覆盖的通信服务，减少了地面系统，然而这一系统使用将要达到它的极限，目前通过该系统进行通信还需要提前定製通信服务支持，不能为用户提供灵活的接入服务。

太空飞行器通信设施应满足航天任务特点和需求，根据不同的目的，我们可将航天任务划分为三大类，即地球科学探索、载人空间探索与开发和太空科学探索。这些不同的航天任务使空间通信呈现以下特点：

鑒于空间这种特殊的环境，空间基础设施的构建需要满足以下要求：

一个标準太空飞行器通信系统由以下部件组成：

太空飞行器通信系统

(a) 数据捕获系统

捕获来自不同感测器的数据，产生定时信息，在进一步处理之前将数据编排成格式。

(b) 遥测系统

它蒐集各种勤务健康参数(在某些任务中甚至是部分有效载荷数据)，在副载波频率上将它们叠加到一个信号上。这个副载波频率上的合成信号最后会在射频(RF)频率上对TM下行链路发射机进行调製。

(c) 遥控指令系统

星载TC接收机在RF频率上接收来自地面站由指令信号调製的上行链路信号，解调后，将解调后的信号传送到指令解码器，在这里，恢复指令数据比特和时钟。解码后的指令被传送传输。

(d) 数据存储系统

来自卫星的TM 数据可以实时传输，也可以用重放方式传输。数据存储在星载存储系统后可用较高的速率以非实时方式向地面站传输。以后如果需要进行分析，这类数据非常有用。实时TM数据和重放TM数据以不同的副载波传输。

(e) 天线系统

星载TC接收机以及下行链路TM 发射机与大线系统相连。如果上行链路频率和下行链路频率离的很远，则使用各自频率上的天线。但是如果它们的频率相隔很近，则可以使用具有适当天线馈源网路的同一天线， 天线馈源网路在发射机与接收机之间提供了适当隔离(频率和幅度)。