TDRSS一般由2颗地球同步卫星、1个地面终端站和用户飞行器上的设备组成。用户飞行器要传给地面站的遥测数据、话音和视频等信息，先经过S频段或Ku频段星间通信链路发向中继卫星，中继卫星接收后经过变频再以Ku频段将其转发到地面终端站，并在终端站进行射频解调和译码处理，视频信号以原始格式通过通信卫星链路或其他宽带链路送至地面最终用户。地面要发向用户飞行器的指令、话音、数据和视频等信息，在地面终端汇集并调制到Ku频段链路上发向中继卫星，中继卫星再以S频段或Ku频段转发给相应的用户飞行器。
系统组成如图1所示。
1.地基测控网络的不足
传统的空间至地面的卫星通信是直接利用卫星和分布在世界各地的地面站之间的无线链路进行。地球的观测卫星观测大陆或海洋的某一区域时，可以采用两种途径下传观测数据:(1)卫星直接将数据传输至覆盖范围内的地面站，为了实现全球覆盖，需要超过20个地面站，并且一些地面站要分布在偏远的地区甚至海面上;(2)或者另一方面，需要更多的观测卫星;(3)卫星存储数据，当运行至地面站上方时，下传数据，卫星存储的数据量有限、且实时性差。
深空探测通信中，信息传输距离过大增加了通信路径损耗。当探测器探测到目标时，也是先存储，离开目标后，再慢速回传至地球。深空探测过程中的数据、图像非常珍贵，而探测器上存储器的容量受限，使得不完全采用存储转发的方式解决距离过大引起的时延问题。随着深空探测任务的多样化和复杂化，需要传送的数据量变得非常巨大，传统的数据传输方式难以满足未来深空探测和通信的需求。
探测器对地外天体的探测，包括飞越、绕飞和硬、软着陆考察方式。由于地球和被测星体的自转和运动，探测卫星也是运动的，在地球表面建立一座深空测控和通信站，平均来说只能观测到探测器的8~12小时，反之亦然。如何将探测器采集到的珍贵数据及时、连续地回传至地球，也是深空探测和通信中需要解决的问题。
导航定位是深空通信的基础，深空探测器在空间运行，由于深空探测器距离很远，地面站同它建立通信链路，就需要更加精确的测角、测距和测速能力，为深空探测器导航定位。需要开发一种实时的高精度测轨方法。
因此，可以得出，地基测控网络的缺点如下 :
(1)覆盖率低;
(2)飞行器轨道测量定位精度差;
(3)跟踪运行过程繁杂;
(4)通信网络复杂;
(5)测控站(船)运行维护费用高。
2."天基"思想
为了克服地基测控网络的缺点，同时为了适应未来航天技术的发展，人们一直努力寻找新的航天测控系统体制。相比于地面测控站，抬高测控站的位置可以明显增加对中低轨飞行器的测控通信时间，如果抬高到地球同步轨道卫星，则一个测控站就能覆盖50%以上的轨道而且可以保持连续通信，三颗就可以实现100%的覆盖率，这个观点是美国航天测控专家Malcolm在1964年最早提出来的。通过对这个新概念的研究、试验，研制了利用地球同步轨道卫星转发功能以实现对中低轨飞行器连续测控通信的跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS:Tracking & Data Relay Satellite System)。因为TDRSS利用高轨卫星作为中继站，功能上相当于架设在天上的测控站，因此也称为天基测控网络。1983年4月美国发射了第一颗跟踪与数据中继卫星，开创了天基测控时代。
其天基设计思想，从根本上解决了测控、通信覆盖率问题，同时还解决了高速数传和多目标测控通信等技术难题，并且具有很高的经济效益。
3.中继卫星
中继卫星的全名是跟踪和数据中继卫星，中继卫星是现在用于转发地球站对中低轨道航天器的跟踪测控信号和中继航天器发回地面的信息的地球静止通信卫星。中继卫星不同于其他种类的卫星，也不同于一般的通信卫星，一般的通信卫星作为空中转发站，两头眼务的对象都是地面站，中继卫星在地球同步静止轨道上运行，既能直视中低轨道用户航天器，又能直视地面站，服务对象是运行于中低轨道的用户航天器，是沟通用户航天器与地面站的桥梁，这是中继卫星系统的一个重大独特之处。
