全球动态场景下非静止轨道通信星座干扰发生概率和系统可用性

随着非静止轨道(non-geostationary orbit,NGSO)卫星系统数量的增加,使用相同频率的NGSO卫星系统之间相互干扰的问题日益凸显。由于NGSO卫星系统干扰场景具有卫星数目众多和相对关系时变等特点,因此针对静止轨道(geostationary orbit,GSO)卫星系统间干扰的传统仿真方法和评价体系不再适用。该文根据国际电信联盟相关的规则和建议,建立了NGSO卫星系统干扰分析数学模型,提出了卫星星座干扰分析的链路夹角概率分析方法;针对NGSO卫星数目众多和时空关系时变等复杂特征给出了全球场景下NGSO全星座干扰分析的方案,提出了星座间产生有害干扰的概率计算方法和星座可用性指标。在实际卫星网络资料的基础上,以OneWeb系统和O3b系统为例,计算了卫星系统间干扰保护的链路夹角限值范围,并给出了全球范围内卫星链路夹角、干扰状态及可用性比例的概率分布结果,为NGSO星座干扰分析提供了一种可参考的手段。     

中国区域卫星定位系统星座布局的选择

基于转发式卫星导航定位系统的思路,以与导航定位精度有密切关系的星座的位置精度衰减因子（Position Dilution of Precision,PDOP）在中国区域的分布和变化为主要评判依据,分析讨论由静止通信卫星和倾斜轨道同步通信卫星组成转发式中国区域定位系统星座的初步计划．我们重点考虑倾斜轨道同步卫星的3个主要的轨道参数,即轨道倾角、偏心率及升交点赤经的变化对PDOP的影响,通过仿真计算研究了该区域导航定位系统优良星座的布局方案．对多种星座布局分析比较的初步结果表明,设置3颗位于一组使‘8’字形星下点共迹的倾斜轨道同步通信卫星,它们的轨道倾角约为50°,卫星升交点的赤经差为120°,且其星下点轨迹的对称中心处在115°E附近,与4颗或5颗分布于约60°E至165°E轨位处的静止通信卫星组成转发式中国区域卫星定位系统的星座,可以满足对中国陆地和海疆的有效覆盖,可获得相对高精度的导航定位结果．给出了3个相对优秀的星座结构的初步结果,并讨论了有关的问题．     

一种低轨卫星星座系统中的路由算法设计

针对低轨(low earth orbit,LEO)卫星星座系统中路由较复杂的问题,结合了最短路径与次选最短路径,提出了一种低轨卫星星座系统中的路由算法设计,通过仿真和分析表明该算法在综合考虑新呼叫和切换呼叫时具有较高的优越性.     

北斗高精度相对定位选星方法研究

针对北斗系统中高轨卫星会带来较全球定位系统（global positioning system ,GPS）更为严重的法方程病态性这一问题,分析了双差载波相位观测方程系数矩阵对整周模糊度浮点解解算的影响,结合北斗系统三轨道星座混合的特点,研究了区域北斗高精度相对定位选星方法,以仰角最高的地球同步轨道（geostationary earth orbit, GEO）卫星作为参考星,优先选取仰角高于10°的中地球轨道（medium earth orbit,MEO）卫星,然后按照均匀分布的原则选取倾斜地球同步轨道（inclined geosynchronous satellite orbit,IGSO）卫星。通过对实测数据进行试验和分析,证明了该方法的正确性和合理性,在进行区域北斗高精度相对定位时,能在一定程度上改善法方程的病态性,使模糊度浮点解较快收敛至真值附近,有利于模糊度的快速正确固定。     

北斗MEO/IGSO卫星信号成像的多星点扩散函数分析及应用

利用导航卫星作为信号源进行双基地合成孔径成像是一种新的遥感成像手段。利用导航卫星成像的关键是成像分辨率,而双基地点扩散函数(point spread function,PSF)和多星点扩散函数(multi-satellite point spread function,MPSF)在成像拓扑结构设计和分析成像分辨率上有重要意义,但是目前缺乏对导航卫星成像的多星点扩散函数研究。针对此问题,首先研究利用北斗中圆地球轨道(medium earth orbit,MEO)/倾斜地球同步轨道(inclined geosynchironous orbit, IGSO)卫星和地面静止接收机形成的成像拓扑结构的双基地点扩散函数模型;其次,通过对具有不同方向角的双基地点扩散函数进行非相干累加得到了多星点扩散函数的数学模型,并对分辨率参数进行了分析,然后通过现场实验验证了点扩散函数计算的正确性;最后,针对多星成像中存在伪像的问题,提出基于多星点扩散函数的目标分离算法。结果表明:使用目标分离算法能够对正确地分离出多星成像中的伪像。     

以GPS为例看北斗的未来应用

2020年8月3日,中国卫星导航系统管理办公室主任冉承其在国务院新闻发布会上介绍,北斗卫星导航系统提前半年完成全球星座部署,开通全系统服务。北斗500余种核心部件全部实现了国产化,包括星间链路、髙精度原子钟等核心高技术难题已经全部攻克。由24颗中圆地球轨道卫星、3颗地球静止轨道卫星和3颗倾斜地球同步轨道卫星。     

基于拥塞避免的卫星网络路由算法

提出一种基于低轨道和静止轨道星座的双层网络新路由算法, 利用低轨道卫星及其星间链路构成的网状拓扑对星上路由进行计算, 并通过拥塞避免和数据包分类机制进行优化, 解决了卫星网络中由于业务流量大而导致的网络拥塞问题. 仿真结果表明, 该方法降低了网络平均端到端的时延和平均丢包率, 从而提高了网络性能.     

基于天基雷达探测的静止轨道目标监视

针对静止轨道目标监视的需求,分析了静止轨道目标的雷达散射截面(RCS)特性. 以此为基础,研究和设计了天基雷达的轨道高度、重访周期、天线形式以及天线尺寸,探讨了天基逆合成孔径雷达的成像分辨率与其他系统参数的关系,给出了顺行轨道和逆行轨道情况下达到一定的横向分辨率所需要的积累时间. 研究结果表明,利用天基宽带雷达实现对静止轨道目标的近距离监视是可行的.     

地球静止轨道卫星数对广域增强系统性能的影响

为了评估广域增强系统(wide area augmentation system,WAAS)中地球静止轨道(geostationary earth orbit,GEO)卫星数对WAAS性能的影响,正确解码WAAS报文,对比分析GEO卫星和全球定位系统(global positioning system,GPS)卫星的伪距改正值和用户差分距离误差指数;将GEO卫星纳入导航定位解算,并基于WAAS监测站实测数据,解算分析GEO卫星数对WAAS报文延迟、中断和导航性能的影响.结果表明:当现有GPS卫星均正常工作时,GEO卫星数的增加可有效降低报文的延迟和中断,但对WAAS定位精度和完好性的提升并不明显.星基增强系统(satellite-based augmentation system,SBAS)中有两颗正常工作的GEO卫星是比较理想的状况.     

低轨星座红外凝视传感器覆盖性能分析

针对低轨星座凝视传感器覆盖问题,首先从理论上分析了最大可探测距离、方位角、俯仰角及轨道高度对单个传感器覆盖性能的影响.然后在典型圆轨道星座下,初步分析了轨道高度、轨道倾角及升交点赤经对星座整体覆盖性能的影响.基于点覆盖数值仿真技术的计算结果表明,覆盖率统计结果规律与理论分析完全一致.     

椭圆限制性三体问题模型下平动点拟周期轨道卫星的自主定轨分析

基于椭圆限制性三体问题,研究了平动点轨道卫星导航星座仅利用星间测距进行自主定轨的技术。分别分析了平面Lyapunov轨道和垂直Lyapunov轨道上卫星仅利用星间测距进行自主定轨的精度。为了提高拉格朗日轨道导航星座对月球空间的覆盖范围,设计了由地月系的L1、L2、L4和L5四个平动点附近的拟周期轨道上的卫星构成的导航星座,分别利用扩展卡尔曼滤波方法和无迹卡尔曼滤波方法进行了自主定轨仿真分析,结果表明:平动点轨道导航星座可以仅利用星间测距实现长期高精度自主定轨。     

基于北斗地球静止轨道卫星信号的目标成像研究

利用北斗导航卫星信号进行目标成像目前还处于研究和探索阶段,为此针对北斗卫星B1和B3频段信号的特点设计了利用北斗地球静止轨道(geostationary earth orbit,GEO)卫星进行目标成像的算法;并进行了基于点目标成像的仿真实验。实验比较了B1和B3信号的目标成像效果。仿真实验结果表明能够利用北斗B1和B3信号进行目标成像;而且B3信号的成像分辨率优于B1信号。最后通过现场实验对直达和反射信号进行了研究,验证了利用北斗GEO卫星B3信号对目标进行探测和分辨的可行性。     

多星座GNSS卫星轨道模型简化方法研究

为提高多星座GNSS卫星轨道模型的可视化效率,从卫星椭圆轨道的近似,统一同一星座卫星轨道半长轴长度,基于K-means算法对升交点赤经数据进行聚类划分与重新赋值这3个方面对模型进行了简化,并进行了仿真计算. 仿真结果表明,该方法的采用显著减少了需要显示的轨道数量,减少了完成模型渲染所需的时间,提高了每秒显示帧数. 多星座GNSS卫星轨道模型的可视化效率得到明显提高.      

双层协同对地观测卫星星座设计

针对日益增长的卫星对地观测需求,提出了一种双层卫星星座设计方案.首先,分析了我国目前对地观测卫星的覆盖性能,以时间分辨率和空间分辨率作为对地观测星座的评价指标;然后,通过优化卫星轨道高度,得到满足任务要求的最优轨道;最后,通过设置轨道相位使得整个星座构成全连通链路,单个地面站与卫星相连便可以与整个星座相连,从而摆脱了对中继卫星的依赖.该方案充分结合了中轨星座时间分辨率高、低轨星座空间分辨率高的优点,相对于传统的单层卫星组网方案,双层星座能够以高空间分辨率和时间分辨率对全球任意目标1 d观测多次,并实现遥测指令与观测数据的实时传输.     

基于导航卫星反射信号的距离-多普勒图信噪比增强算法

利用全球导航卫星系统(global navigation satellite system,GNSS)与地基接收机构成的双基地雷达探测水上目标,是监测水上交通的新兴手段。利用由地球静止轨道(geostationary earth orbit,GEO)卫星反射信号生成的距离多普勒(range-Doppler,RD)图来实现目标探测。为了提高RD图中运动目标回波信号的信噪比,提出了一种增强回波信号能量的算法。该算法首先将相邻距离元和多普勒元上的回波信号通过距离补偿和多普勒补偿搬移到弱回波信号的位置,然后通过信号累加提高回波信号的能量,从而达到增强信噪比的目的。描述了探测长江货轮的实验,实验结果表明经增强算法处理后,运动目标回波信号的信噪比平均提高了4 dB左右。这一结果验证了利用北斗GEO卫星探测水上目标的可行性。     

移动卫星通信星座工程设计

在考虑许多的约束条件的情况下,研究了一个工程上可实现的轨道和星座设计方法。详细分析了移动卫星通信星座在工程设计时,就轨道参数、星座参数选择时所需考虑的在星体指标、通信要求、覆盖性能、发射及测控、经济等方面的约束条件,并进行综合考虑和优化设计。在此基础上,给出了一个星座通信系统的空间段设计,经专家评审该星座方案在工程实现上是可行的。     

双基站卫星星座设计研究

针对双基站卫星星座的特点，分析了卫星和空间站之间的可视窗、通讯窗和过顶时间要求下的通讯约束．根据卫星轨道高度、倾角、升交点赤经、轨道数目及卫星分布选择、星际链路建立等几个方面，对双基站卫星星座进行设计，并研究了长期执行任务的情况下，卫星轨道修正方案．该星座克服了以地球为基地的卫星星座测控信号传递路程长，信号受到环境干扰大的不足，充分利用空间站的优势，更有效地发挥了卫星及其星座的作用。通过仿真计算给出了双基站卫星星座与地面站和空间站的日通讯时间．从结果可以看出，所设计的双基站卫星星座可以作为我国空间站的数据中继系统。     

基于Flower星座的区域卫星导航系统

在Flower星座设计方法的基础上,提出了一种新的区域卫星导航系统设计方法.利用2个Flower星座,通过Flower星座模型精确计算导航Flower星座(NFC)中每个卫星的6个轨道参数,得到一个区域卫星导航系统NFC.NFC可以分阶段部署,开始由8颗卫星组成,补充发射6颗卫星以后组成完整的系统.对中国区域的几何精度因子(GDOP)仿真证明,NFC的平均GDOP值为2.113.与国内已经提出的几种区域导航系统及GPS,GLONASS,Galileo等全球卫星导航系统相比,NFC的GDOP性能与Galileo系统相当,远优于其他系统.NFC较高的导航精度和经济性证明基于Flower星座的区域卫星导航系统设计方法是有效的.     

Precise orbit determination for Jason-1 satellite using on-board GPS data with cm-level accuracy

The joint US/French Jason-1 satellite altimeter mission, launched from the Vandenberg Air Force Base on December 7, 2001, continues the time series of centimeter-level ocean topography observations as the follow-on to the highly successful T/P radar altimeter satellite. Orbit error especially the radial orbit error is a major component in the overall budget of all altimeter satellite missions, in order to continue the T/P standard of observations. Jason-1 has a radial orbit error budget requirement of 2.5 cm. In this work, two cycles (December 19, 2002 to January 7, 2003) of the Jason-1 on-board GPS data were processed using the zero-difference (ZD) dynamic precise orbit determination (POD) technique. The resulting Jason-1 orbit accuracy was assessed by comparison with the precise orbit ephemeris (POE) produced by JPL, orbit overlaps and SLR residuals. These evaluations indicate that the RMS radial accuracy is in the range of 1－2 cm.     

卫星与反卫星

自1957年苏联发射第一颗人造卫星以来,世界各国已向地球上空不同的轨道发射了5000多颗人造卫星,在离地球不到1000公里的低地轨道(LEO)上就运行着大量机密的成像卫星和一些民用卫星星座。许多卫星无论在和平时期还是在战争时期都起了至关重要的作用,而且它们的功能