基于GDE3算法的侦察卫星星座优化设计

针对区域覆盖的卫星星座优化设计,将一种基于Pareto最优概念的通用差异演化算法(GDE3)应用于区域覆盖型侦察卫星星座的多目标优化设计,并利用多属性决策中的字典序法,根据目标的重要程度,在得到的Pareto解中进行选择.最后,利用STK和Visual c++针对侦察卫星星座进行了仿真,仿真结果表明了该算法可以找到多个Pareto解,避免了传统求解方法的权值选择问题,并且较简单遗传算法具有更好的灵活性,为解决星座优化与设计问题提供了新的思路.     

卫星星座及其覆盖问题建模与可视化仿真

为了便于对卫星星座及其覆盖特性进行研究,笔者独立开发了一套卫星星座可视化仿真软件,该软件可以动态演示星座的三维几何构型、卫星的姿态运动以及相应的卫星星下点和覆盖区。该软件由存储、计算和结果显示模块组成。存储模块使用了数据库技术来对相应的初始参数进行操作;结果显示模块使用了OPENGL和简单GIS技术来演示星座运行、卫星姿态以及星下点轨迹和覆盖圆情况。并给出了计算模块所使用的轨道动力学模型、姿态模型以及覆盖模型。轨道动力学模型考虑了大气阻力和J2项摄动,并使用Cowell法建立轨道运动微分方程,利用Adams线性多步法进行求解,以保持较高的计算精度。姿态模型主要使用姿态四元数建立相应的姿态运动。覆盖模型则针对稀疏星座对固定目标的重访时间进行了建模,提出了数值法与解析法求解重访时间的方案。最后给出了程序运行效果与仿真算例。     

采用遗传算法的中轨区域通信星座优化设计

区域通信星座的研究具有重要的现实意义，给出一种利用遗传算法设计中轨区域通信星座的方法。首先分析、确定中轨通信星座优化涉及的轨道控制参数，然后讨论了星座覆盖性能的评价准则，对星座系统的轨道控制参数集进行二进制编码后，利用遗传算法来获得对服务区具有最佳覆盖性能的星座类型。为了验证该方法的有效性，选择我国本土的一块区域，以最大覆盖率为目标进行仿真，结果表明该方法可以在给定条件下获得性能良好的星座方案。     

区域覆盖星座结构与参数同时优化的进化算法

针对区域覆盖卫星星座的优化设计问题,设计了一种能同时优化星座结构和参数的进化算法。算法采用固定长度的染色体编码,由星座可能的最多轨道面数和各轨道面内最多卫星数目确定的最多变量个数决定染色体编码长度。根据个体星座的轨道面数和各轨道面卫星数的实际值确定染色体中哪些基因是冗余的,并将这些冗余的基因设为隐性,达到可变维数优化的目的,从而实现星座结构的优化。染色体采用二进制/实数混合编码的方式处理同时具有整数/连续变量的星座优化问题,二进制编码部分采用二进制的进化算子,实数编码部分采用一组星座设计专用的进化算子。在一个虚拟的区域海洋监视卫星星座优化设计中的应用显示了该算法的有效性。     

一种适用于我国的TDRSS星座方案

提出了一种适用于我国的跟踪与数据中继卫星系统(tracking and data relay satellite system,TDRSS)星座方案。系统以中轨卫星星座为基础,由卫星星座、星际链路和地面信关站组成,可为我国的低轨航天器与地面站之间提供不间断的数据链路。理论分析和仿真结果表明,采用该星座方案的卫星中继系统能全天时覆盖全球低空空域,有较好的对地覆盖特性。     

同构双基地雷达星座优化设计

通过对卫星的轨道特性、星座中卫星间的相对运动规律以及对地覆盖特性的研究,推导了星载单基地和双基地雷达探测区域计算公式,分析了双基地角和目标前向散射区域与卫星相对位置的关系。基于星座固有的空间约束条件,讨论了由于平台运动引起的地杂波多普勒频率扩展与卫星飞行的几何关系。最后,分析了系统性能与星座构型参数和卫星轨道根数的关系,提出了利用逆向运行极轨道同构星座作为多基地雷达星座的基本构型,并针对该构型星座提出了一套优化设计方法并给出了设计实例。     

全球导航卫星系统的星座可见性研究

在GPS和GLONASS(GlobalNavigationSatelliteSystem)的应用研究中 ,为保证系统正常工作 ,导航星座应满足一定的可见性要求。因此 ,首先对提出的最小可见性要求进行了原理性阐述 ;之后 ,基于卫星对地面的覆盖特性 ,给出了导航卫星的可见性定义 ,并推导了一种可见性判据 ;最后 ,针对一种通用的全球导航卫星系统星座 ,用仿真的方法给出了地面和某一海拔高度对该星座的可见性结果 ,确定了海拔高度同星座中可见卫星数目之间的关系 ,从而为全球导航卫星系统在外层空间的应用设计提供了依据。     

通导一体化环月星座设计初探

探月活动的深入开展对月球中继星座的覆盖连续性、通信即时性、导航精准性及建设成本的要求越来越高。通导一体化的出现可为月球星座设计带来新思路, 可在为月面用户提供通信中继服务的同时, 在三重覆盖下实现高精度月面用户定位。针对不同卫星数量、不同轨道高度的环月星座轨道, 分析了其单重、双重和三重全月面全时覆盖的性能, 提出了特定高度下针对不同覆盖重数所需卫星数量的理论最小值, 并进行了仿真验证; 而后在通导一体化设计准则下, 对三重覆盖的情况进行了月面用户定位仿真分析, 结果显示三重覆盖定位精度可达米级。     

正交圆轨道星座设计方法研究

讨论了全球覆盖正交圆轨道星座设计方法.推导了极轨道星座实现球冠覆盖时星座参数的精确计算公式,分析了精确计算公式与Beste的近似计算公式之间的关系,明确了近似计算公式的应用条件.提出采用极轨道星座结合赤道轨道星座构建全球覆盖正交圆轨道星座的思想,推导了正交圆轨道星座的参数计算公式,给出了一些星座方案,并与全球覆盖极轨道星座进行了覆盖性能的分析和比较,说明了正交圆轨道星座设计方法的有效性.     

区域性星座设计

主要讨论用中轨卫星来建立区域性卫星通信系统的星座设计方法。首先论述了低轨卫星座不适合用来建立区域性卫星通信系统 ,然后介绍了用鞭状中轨卫星链来设计区域性星座的方法 ,并给出星座参数计算与优化的步骤 ,最后给出了按照此方法得到的两种区域性星座方案的具体参数及其覆盖特性的仿真结果 ,并与玫瑰星座进行了比较 ,得出区域性中轨卫星通信系统是适合中国国情的卫星通信系统方案。     

Comparison between several satellite constellation schemes for MEO-TDRSS of China

The satellite constellation classes, which are suitable for the medium earth orbit tracking and data relay satellite system （MEO-TDRSS） of China, are investigated. On the basis of the functionality and the traffic distribution characteristic of MEO-TDRSS, the coverage performance and inter-satellite link properties of four different constellation schemes are compared by simulations. Simulation results indicate that the rosette and common-track constellations, whose satellites are distributed on the celestial sphere more uniformly, are appropriate for the implementation of MEO-TDRSS of China.     

基于Markov过程的导航系统星座可用性分析

卫星导航系统星座可用性分析面临准确性和快速性的矛盾。论文在研究全球卫星导航系统（global navigation satellite system, GNSS）星座可用性分析需求的基础上,系统地定义了导航系统可用性的基本概念,给出了基于分系统部件失效计算导航星座可用性的方法,提出了基于Markov过程的单星可用度算法,建立了基于星座状态概率的服务可用性计算模型,并结合导航基本原理模型得到了导航星座的可用性。最后,基于此方法针对北斗区域卫星导航系统相关数据对其星座可用性进行了仿真和实验分析。结果表明,本文所提方法和模型能够满足卫星导航系统星座可用性分析的特殊需求。     

基于Petri网的导航卫星星座备份策略分析评估方法

针对北斗三号系统中轨道Walker导航星座的备份策略问题,提出基于随机时间Petri网(stochastic timedPetrinet,STPN)的分析评估方法.通过构建单星、轨道面和导航星座的3层STPN模型,分析不同备份策略下星座运行的逻辑行为特性和操作事件的时序关系.建立导航星座的可用性模型和运行成本模型,作为...     

A Global Seamless Hybrid Constellation Design Approach with Restricted Ground Supporting for Space Information Network

In space information networks, satellites are generally in high speed orbit motion. In order to obtain better spacial and temporal coverage performance, satellites should cooperate with each other as a constellation. Previous works on constellations mainly focus on global seamless coverage using fewer satellites. However, like most countries, it is hard for China to build ground stations in overseas, and the geostationary Earth orbit position resource is scarce. In this paper, we investigate the constellation design problem with restricted ground supporting. We first proposes a "backbone network + enhanced network" hybrid constellation design approach. Then a hybrid "4GEO+5IGSO" constellation is designed using the proposed approach, and the coverage performance of this constellation is analyzed in detail. Simulation results show the proposed approach can realize global seamless coverage only using a small number of satellites. Furthermore, the proposed hybrid constellation meets the coverage demand only relies on ground stations inside China.