非静止轨道卫星通信系统中星际链路性能研究

由于非静止轨道卫星之间的相对位置关系不固定 ,所以其星际链路变化比较复杂。为了能给出实现星际链路工程难易程序的量化指标 ,提出了星际链路性能 (方位角、仰角和星间距离的变化速率和范围 )的理论计算公式 ,详细分析了星际链路性能随系统星座参数变化的规律。然后结合具体的星座实例 ,给出了低轨、中轨卫星通信系统中的星际链路性能的仿真结果。提出星际链路的计算公式 ,对于卫星通信系统的星座设计、组网方案等 ,有着重要意义。     

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。     

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。     

基于遗传算法的区域覆盖共地面轨迹卫星星座的优化设计

讨论了使用MATLAB的遗传算法工具箱GATOOL进行区域覆盖共地面轨迹卫星星座的优化设计方法。介绍了共地面轨迹卫星星座的参数特性,讨论了使用遗传算法工具箱GATOOL进行区域覆盖共地面轨迹卫星星座优化设计的方法,针对中国区域进行了仿真设计。仿真结果表明,该类型星座能够以较少数量的卫星为我国提供良好的覆盖性能,适于我国的区域覆盖卫星通信系统采用。     

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。     

一种新的低轨通信星座路由技术研究与仿真

低轨星座卫星通信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,这给星上交换的路由选择带来了挑战.研究具有同轨及异轨星间链路,并具有星上交换的24/3/1 walker星座网络,将星间链路状态与星座网络的拓扑快照相结合,提出了两种路由优化方案-业务加权的路由优化方案以及基于K短路径的路由优化方案,并进行了仿真研究,得出了有用的结果.     

卫星组网与星座控制设计、分析、仿真系统研究

设计和开发了卫星组网与星座控制设计、分析、仿真系统。该系统具有卫星组网优化设计、星座控制优化设计、星座性能分析、星座运行和控制过程仿真演示的功能,系统中的每个组成单元软件可以通过任务设定软件进行预定任务要求星座的设计、分析和仿真,也可以根据自身输入参数进行卫星组网与星座控制的设计、分析和仿真。最后利用该系统完成了对一个导航星座的设计、分析和仿真。     

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。     

基于抗差UD分解滤波的导航星座整网定轨方法

针对我国导航星座的自主定轨问题,提出基于抗差UD(upper triangular matrix diagonal matrix)分解滤波的导航星座整网定轨方法。该方法对卫星轨道参数进行整网估计,通过对所有观测资料加权以避免观测粗差的影响,并利用UD分解算法来避免对协方差矩阵的直接求逆而导致的计算机舍入误差过大从而滤波发散。推导了整网定轨的数学模型,给出了抗差UD分解滤波的详细步骤。通过性能分析和仿真计算表明了该方法的可行性与有效性。     

基于异轨动态建链的低轨星座拓扑控制技术研究与仿真

低轨星座卫星通信系统中由于卫星间的相对运动使整个网络拓扑变化频繁,是一个全动态网络,这给低轨星座的拓扑控制带来了挑战.研究具有同轨及异轨星间链路的24/3/1 Walker星座网络,提出了两种异轨动态建链的拓扑控制方案,并对其进行了相应的仿真研究,得出了有价值的结论.     

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.     

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。     

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.     

LEO/MEO卫星通信系统ISL网络路由及切换性能研究

为了研究高度不同的卫星通信网络的路由和切换性能,采用Walkerdelta型星座构成两种非静止轨道卫星通信系统,分析和比较了LEO和MEO卫星通信网络构成特点和星间链路的俯仰角、方位角和星间链路长度变化。采用不同的路由策略以满足不同服务质量的要求,分析该策略下的卫星网络性能。设计了一种混合路由策略,综合考虑时延、时延抖动、切换和通信中断4项指标,进而比较不同高度的两种卫星网络应用不同路由策略时的性能。结果表明,混合路由策略上述服务质量的综合指标最优,该策略能够为各种用户提供不同的服务质量,提高卫星通信系统有效性和可靠性。     

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.