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.     

基于环带波束天线的星间链路设计仿真

在卫星装备有环带波束天线的前提下,设计了由这类卫星构成的Walker星座内的星间链路,并对该星间链路的基本几何属性进行了仿真,证明了这类星间链路可以很好的解决卫星间天线对准的问题.首先,对环带波束天线、星间链路进行了简要的介绍,主要通过几何模型与几何参数方程的方式进行介绍和说明.其次,对于环带波束天线应用在星间链路中的可能性以及优越性进行了阐述,并且在特定的卫星星座当中,对这类星间链路中的卫星天线指向问题进行了仿真,从几何方面证明了该类环带波束天线使得卫星之间永久可视.再次,通过仿真结果中的链路俯仰角、链路距离等提出这一类天线的覆盖范围要求.最后,建立了具有环带波束天线卫星的Walker星座中的链路拓扑结构.     

导航星座激光/微波星间链路协同时间同步方法研究

时间同步是卫星导航系统提供定位、导航以及授时服务的关键.星座自主运行模式下需要通过星间链路组网进行星座整网时间同步,以支持正常的导航定位服务.相比于微波链路,连续建链的激光链路可以提供时标统一的、更高精度的钟差测量结果.本文提出一种星座自主运行模式下激光/微波星间链路协同时间同步方法.通过连续观测的激光星间链路建立时间比对网络,基于加权平均算法生成星间时间基准;激光比对网络外卫星通过时分体制微波链路,利用分布式卡尔曼滤波算法溯源至星间时间基准,实现星座整网时间同步.基于新一代北斗星座进行整网时间同步性能仿真,激光/微波协同时间同步方法生成的时间基准相比微波星间链路生成的时间基准,短期、中期稳定度均有明显提高,整网时间同步误差标准差优于0.05 ns.     

ns2中的基于移动Agent卫星网路由算法仿真

为了解决基于移动Agent的卫星网路由算法的仿真,提出了一种新型的基于ns2的单层卫星网路由算法仿真平台构建方案.详细阐述了ns2中卫星网络星座定义、切换管理、路由模块、通信模块、星间链路、星地链路和移动Agent的设计方案,最后用新的仿真平台实现了基于移动Agent的卫星网路由算法SNRA-MA在Iridium网络模型下的仿真.仿真结果表明:新的仿真平台完全可以满足SNRA-MA算法的仿真,且SNRA-MA算法丢包率低、端到端传输时延满足ITU-T的通信指标.     

地面大功率干扰源对导航星座星间链路的干扰分析

为了定量分析地面大功率干扰源对导航星座星间链路的影响程度,提出单星干扰解析模型,通过等效载噪比定量描述干扰强度,通过测距误差和通信误码率衡量干扰对单颗导航卫星的影响。根据导航星间链路的工作特点,对卫星受干扰导致整星座星地联合定轨及星间转发通信功能异常的原理进行分析。研究结果表明:星间链路系统具有较强的抗地面干扰的能力,地面单个大功率干扰源对星地联合定轨精度的影响小于厘米级,对星间转发通信的影响仅为部分卫星的链路传输代价增加以及直接干扰卫星一段时间内的通信异常。     

一种具有异轨星间链路的Walker星座网络拓扑与路由生成方案

Walker星座网络能否建立异轨星间链路是提升其通信能力的关键所在.研究了一种24/3/1 Walker星座,通过对卫星间的能见分析及星间链路特性分析,探索了建立异轨道星间链路的可行性.然后,按照时段接续的异轨星间链路方案,进行了24/3/1 Walker星座网络的拓扑仿真与生成,并在此基础上对星座网络采用K短路径和最短路径路由选择策略进行了对比仿真分析.结果表明,按照时间段接续建立异轨星间链路的方案是可行的,所生成的网络拓扑的切换时间间隔最小为30 s,最大为115 s,K短路径策略在总体上要优于最短路径策略.     

基于星敏感器和星间链路的卫星星座自主定轨研究

以对地定位观测三星星座为例, 研究了联合星敏感器和星间链路测量信息的卫星星座自主定轨方法. 通过仿真三星星座星间链路观测和CCD星敏感器对背景恒星的观测, 生成两种类型的仿真观测资料, 基于这些资料建立了星座联合自主定轨的测轨方程, 在此基础上进行了星座自主定轨的仿真计算. 综合考虑各种定轨方案以及潜在的各种测量误差的影响, 对卫星星座自主定轨精度进行了比较和分析, 结果表明所采用技术手段应用于卫星星座自主定轨是可行的, 并形成了若干研究结论, 对于这种自主定轨技术拓展应用于更广泛意义下的卫星编队星座具有重要的参考价值.     

考虑波束限制的改进导航星座星间链路方案

导航卫星星座系统由于卫星间的相对运动使卫星的相互可见关系不断变化,这给链路选择带来了挑战.本文研究具有同轨及异轨星间链路的导航星座网络,综合考虑星间链路状态,通过比较最短路径方案和K短路径方案,提出了一种考虑波束限制的适用于导航卫星星座的星间链路优化方案,并进行仿真研究,最后得出了有用的结果.     

一种基于移动Agent卫星网动态路由算法

为克服现有卫星网路由算法的不足,结合单层卫星网负载分布不均匀的特点,提出了一种新型的适用于单层卫星网的基于移动Agent的动态路由算法(SDRA-MA)。该算法通过移动Agent在卫星节点间迁移,收集星际链路时延、卫星纬度等信息。当条件满足时,移动Agent往回迁移,并在每个中间卫星节点基于卫星地理位置计算所探测路径的代价、更新路由表。通过在类Iridium星座中的仿真结果表明,SDRA-MA能够适应网络拥塞,实现负载平衡。尤其在高负载情况下端到端时延、丢包率等指标均优于传统的卫星路由算法。通过复杂度分析得知,SDRA-MA具有较低的通信、存储和计算开销。     

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.      

基于CART算法的卫星星座原始构型选择策略

针对现有的3种最具代表性的卫星星座设计方法的缺点,提出了层次递进的卫星星座设计方法.该方法采用基于CART算法的卫星星座原始构型选择策略,可将星座构型的求解空间缩小至少53.3%.利用CART6.0软件构建了选择卫星星座原始构型子集的CART树,运行速度达到7.9s,分类精度达到97.15%,10阶交叉验证的相对成本为0.033.结果表明:采用这种策略选择卫星星座原始构型还具有可扩展性强、准确性高和易于实现的优点,为卫星星座构型模块化设计建立了良好的基础.     

动态卫星网络性能评估

为评估动态卫星网络性能,对现有卫星星座系统的设计和评估方法进行了研究。提出了使用网络最大流问题对动态卫星网络流量进行评估的方法。利用STK进行仿真,求得动态卫星网络的系统覆盖率、卫星对地仰角特性、系统间各节点建链时刻表。使用分段函数将动态卫星网络转化为网络多个状态的组合以求解网络的最大流。结果表明:网络最大流问题可有效评估动态卫星网络传输性能,动态卫星网络传输性能比单层卫星网络的传输性能高30倍以上。     

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。     

全球移动卫星通信的发展前景

简述了卫星通信应用从固定地卢、通信扩伸至移动通信的趋向；详细说明了空间卫星从传统的对地静止轨道发展至新设想的低轨道和中轨道的过程，对中、低轨道移动通信系统技术的具体情况加以比较分析，作出综合评述；最后扼要介绍了利用卫星的全球个人通信系统和全球定位系统，并表明卫星通信在“信息高速公路”和国家信息基础结构中具有与光纤通信同样重要的地位．     

基于卫星协作的空间信息传输技术研究综述

随着人们对空间信息高速传输的需求与日俱增,基于卫星协作的空间通信网络被广泛用于远洋通信、紧急救援、航天器跟踪、深空探测等领域。针对网络结构复杂、拓扑动态、传输质量不稳定等特性,以及由此产生的传输时延长、误码率高、连通性差等问题,从网络架构、协作策略、工作频段等3个方面对基于卫星协作的空间信息传输技术进行了研究与展望。从网络架构来看,未来空间通信网络正逐渐走向多层立体化网络,结构将向更为灵活的空间自组织网状网络结构演变;从网络构成要素来看,具有星间链路和星上处理功能的协作卫星将日益成为未来空间通信网络的最基本且最重要的构成要素。同时,通过分析不同的协作策略以及工作频段可以看出：基于高频段的空间信息自适应传输及跨层联合优化将会成为保障空间信息可靠有效传输的主要手段,也将是实现未来空天地一体化通信的重要技术途径。     

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.     

卫星编队飞行指向跟踪姿态控制

卫星编队飞行的应用之一是受控卫星在目标卫星、空间站、载人飞船周围以“编队飞行”的形式相伴飞行,对目标进行观测或者执行更多的操作。该文研究这种应用中的姿态控制问题。假设两个飞行器的轨道信息已知,由轨道信息确定实现姿态跟踪调节所需的一种可能的期望姿态,给出了解析表达式,包括姿态角、姿态角速度及角加速度。采用基于四元数的控制律,用3个动量轮实现了卫星长时间、大角度姿态跟踪机动。仿真结果显示,在超过一个周期的仿真时间内,姿态及姿态角速度与期望姿态的吻合程度比较好,而且力矩的花费也不是太大。     

一种宽带卫星网络路由协议

结合宽带卫星网络系统的特点 ,提出了一种宽带卫星网络路由协议SARP(SatelliteNetworkAdaptiveRoutingProtocol) ,着重介绍了SARP工作范围、主要设计思想及实现 .通过仿真测试了SARP的性能 .结果表明 ,在宽带卫星网络环境下SARP比传统的链路状态协议L S的性能有明显改进     

适于中国的移动卫星通信系统星座设计方案

针对我国地域分布的实际情况及移动通信业务量各时间段的差异,提出了一种适合我国的移动通信卫星组网星座方案,利用一颗同步卫星和两个低轨道上16颗小卫星来构建卫星通信系统,达到移动通信的要求,并对这一星座方案在我国范围内的覆盖情况进行了比较详细的分析。     

基于人工免疫的星座卫星通信系统资源调配算法

资源调配是星座卫星通信系统应用管理技术中亟待研究的关键技术之一。文中首先分析了星座卫星通信系统中触发资源调配的主要因素;然后,从通信任务效能系数和通信系统满足度两个重要指标出发,分别提出了通用的面向卫星资源和面向通信任务的资源调配数学模型;通过数学模型对星座卫星资源调配的扩展性、灵活性等特点进行了分析,运用免疫系统的自适应、自学习、自组织等特性,提出了一种具有模糊处理时间的免疫调配算法。仿真实验和理论分析表明,算法解决了其他调配算法空间、时间复杂度高和收敛速度慢等问题,提高了局部搜索解空间的效率。