近月空间广域观测星座设计与效能分析

为满足近月空间广域观测及地月转移目标跟踪观测需求,设计一种运行于地月平动点L1/L2点轨道及DRO轨道的三星广域观测星座。首先分析了近月空间目标特性与重点区域范围,并根据观测需求和维持代价优选系统轨道。接着根据观测对象特性完成对近月空间环扫覆盖探测与地月转移目标跟踪观测的工作模式设计。最后根据视星等公式对不同相位角和观测距离的目标亮度进行仿真分析得出载荷探测能力需求,并推导得出载荷探测视场需求。通过效能仿真分析,该星座对近月空间覆盖率周期为8天,可在1.5个周期内实现对近月空间的100%覆盖,单周期观测近月目标不少于14次、观测弧长不少于3.5 min,对典型地月转移目标观测弧段时长可占转移周期80%以上。满足近月空间广域观测和对近月目标及地月转移目标编目定轨需求。

基于改进的NSGA-Ⅱ算法的低轨星座设计

GNSS卫星轨道高度高,信号经空间传播损耗严重,因此存在易受干扰和遮挡等问题。低轨卫星可以很好地弥补这一缺点,作为GNSS的备份或补充手段提供定位导航服务。考虑到自主设计的星座可以更好地满足数据传输、覆盖范围等方面的要求,研究了基于优化算法的低轨星座设计。首先根据应用需求初步对轨道高度、倾角以及星座构型等关键因素进行约束;然后通过改进的NSGA-Ⅱ算法对星座的参数进行优化,设计一个可以实现全球导航增强的LEO星座;最后通过仿真对星座的性能进行全面的分析,验证其导航增强的效果。

面向非地面网络多QoS保障的低地球轨道卫星星座设计

低地球轨道卫星星座(LSC)能够为非地面网络(NTN)提供无缝和快速连接,但无法为用户提供足够的服务质量保障,严重影响了NTN系统性能。综合考虑多个QoS指标,建立了LSC的容量与下行链路预算模型,进而,将星间链路的建立制定为QoS保障的链路预算问题。提出了带有改进交叉和变异算子的非支配排序遗传算法(INSGA-II)优化LSC的配置,实现多重覆盖率和系统容量的最大化以及星座成本的最小化。数值结果表明,与Telesat和Kepler相比,所设计的LSC具有相当甚至更高的性能,且其星座规模仅为Kepler系统的64%。

基于QoS保障的低轨卫星星座设计

低轨卫星星座设计是部署低轨卫星网络的前提和关键。然而,不均匀的地面用户分布和不合理的卫星资源配置对卫星网络的服务质量提出了重大挑战。针对以上问题,通过构建服务质量(QoS)指标体系,提出了一种基于QoS保障的低轨卫星星座设计方法。首先,建立了低轨卫星网络模型和星座覆盖模型,通过星间链路的建链准则来定义星座抗毁性指标。其次,通过建立用户链路以及定义用户匹配度来分析星座对目标区域用户的资源匹配情况。接着,建立了以QoS指标为约束最大化效费比的低轨卫星星座设计优化问题,定义的QoS指标包括信噪比、误码率、抗毁性以及星座覆盖率和用户匹配度。此外,通过遗传禁忌智能算法求得了所设计的低轨卫星星座的轨道参数。仿真结果表明,提出的低轨卫星星座设计方案在满足指定QoS约束的同时具有最大星座效费比。

保证用户公平性的低成本卫星星座设计

针对用户分布和地理环境的差异性对保证卫星星座服务下的用户公平性提出的挑战,综合考虑不同区域的用户需求、通信发展水平和自然灾害水平,提出了一种用户公平性保证的低成本卫星星座设计方案。建立LEO卫星网络模型,分析单颗卫星的覆盖性能;定义用户公平性因子,在满足用户公平性的同时,将LEO卫星星座设计问题建模为最小化星座投入成本和最大化覆盖率;在星座容量和星座盈利的约束下,采用非支配排序遗传算法(non-dominated sorting genetic algorithm,NSGA-Ⅱ)求解卫星星座设计问题。仿真结果表明,所设计的卫星星座能够以较低的卫星星座投入成本满足不同区域的用户公平性要求,同时满足目标区域的覆盖率。

一种多目标区域多轨道星座设计方法

在有限资源条件下,针对多目标区域的对地观测问题是航天器轨道设计、在轨任务规划中的重要问题。卫星效能的充分发挥基于科学的卫星星座设计。围绕多区域多轨道星座设计问题:首先,结合运载器实际能力,确定轨道类型和设计变量;然后,根据轨道外推、星下点轨迹、探测区域等算法,提出重访时间的计算方法,以最大重访时间作为星座性能指标,采用多层嵌套变量搜索方法实现星座设计;最后,对1个具体任务进行实例设计。结果表明,采用该方法能够设计出满足指标要求的星座,具有可行性。

基于中轨卫星的“智慧天网”星座设计与覆盖性及可见性分析

基于卫星网络通信发展迅速且迫切的背景下,对中轨卫星星座网络“智慧天网”概念进行了研究,基于“智慧天网”卫星星座网络模型,探讨了其参数设计及覆盖性分析。通过对中轨卫星网络的分析,确定了星座的基本构型、星间链路以及各项参数取值范围,以确保星座合理性;利用STK仿真平台,确定了波束锥半角对星座通信范围和覆盖范围的影响,以达到星座全球全时段全覆盖的目标;同时,为保证卫星通信的稳定性和可靠性,对代表城市北京与“智慧天网”卫星网络进行了可见性分析。最后实验表明,当卫星传感器波束锥半角在一定范围内,“智慧天网”卫星星座可以提供全球全时段全覆盖通信,并可在同时刻提供多条通信渠道。

基于几何分析法的低轨星座设计

针对导航增强的实时性、连续性及高精度定位等需求,提出一套基于几何分析法的低轨星座设计方案。首先确定单星对地覆盖场景的关键要素,结合具体情况并通过几何约束关系得出基本参数;然后提出一种混合星座设计方法,综合考虑地球非球形引力对卫星轨道的影响,以确定混合星座的参数配置;最后通过仿真实验论证方案的可行性。仿真结果表明,本文方案设计的星座能够提供满足用户需求的导航增强功能,在卫星的覆盖层数、几何分布及轨道稳定性等方面表现优异,为低轨导航增强领域的发展提供了数据支撑。

基于 STK的星座设计与性能评估

分析了区域性覆盖星座的任务要求及设计特点 ,结合我国周边地区的地理情况 ,提出了一种利用太阳同步回归轨道的低轨道区域性覆盖星座设计方案 ,并应用 STK仿真软件完成了该星座的设计与性能评估。仿真结果表明 。

低轨导航增强卫星星座设计

针对目前全球低轨卫星快速发展的现状,对低轨导航增强卫星星座设计方法进行了详细的研究。首先推导了轨道高度与可视球冠的关系,结合太空垃圾分布,从覆盖范围、经济性及碰撞风险几方面联合确定了轨道高度。然后推导了用户仰角与轨道倾角的关系,分析了实现南北极点覆盖的轨道倾角。接着结合铱星星座,推导出单一星座构型无法实现全球范围内均匀的可见星和精度衰减因子(Dilution of Precision,DOP)值分布。最后提出了一种组合低轨卫星星座设计方法。结果表明,该方法设计的组合星座在实现全球覆盖的同时,能够实现可见星数量与DOP值在全球范围内的均匀分布。

基于空间纬度区域优化的红外近地轨道星座设计

提出了描述红外低轨星座对空间观测性能的指标,依据纬度威胁分布特性,提出了纬度区域优化的加权星座观测性能评估方法。考虑空间多重覆盖性能、成本、无源定位精度及碰撞等因素,建立了优化目标函数,基于通用差异演化算法(GDE3)得到了一组Pareto解,在此基础上,利用一种适于多属性星座方案的折中选择策略,得到了对重点关注纬度区域有良好观测性能的红外低轨星座方案。最后,通过仿真验证了算法有效性,分析和对比了星座的空间观测性能,证明设计方法和星座方案的合理性,具有重大的现实意义和社会价值。

天基雷达预警系统星座设计方法

介绍了天基预警系统的发展现状,阐述了天基雷达预警系统的基本概念和工作原理,研究了天基雷达预警系统的星座设计方法,提出了确定各项参数的方法。该方法适用于天基雷达全球和区域预警系统的星座设计。最后设计了天基雷达区域预警系统星座,并利用STK软件加以分析,证明了提出的设计方法是可行的。

中国低轨移动卫星通信系统星座设计

本文研究低轨移动卫星通信系统设计中的一个基本问题──星座设计问题，并给出了我国低圆轨道移动卫星通信系统的星座设计方案。该星座是以三个轨道平面组成的２４颗星系统，它的高度为１３２６ｋｍ。轨道参数由本文提出的优化算法进行设计。本文用统计的方法对我国低轨系统方案和Ｇｌｏｂａｌｓｔａｒ系统（２４颗星方案）的覆盖性能进行分析比较，结果表明本文提出的系统对我国的覆盖特性优于Ｇｌｏｂａｌｓｔａｒ系统。本文还对圆轨道卫星通信系统星座设计中有关轨道高度选择，覆盖中断情况分析等方面进行了研究。

对地观测小卫星星座设计及区域覆盖性能分析

研究了对地观测任务的轨道选择与星座设计的基本方法,并根据特定的观测区域,建立了仿真模型,并使用了注册评估版STK卫星工具箱软件对该模型进行了仿真演示与计算,最后分析了设计的星座对目标区域的覆盖特性。结果表明,在使用少量的轨道平面和卫星数目的情况下,文中设计的星座对目标区域仍然具有良好的覆盖性能。

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。

区域覆盖混合星座设计

针对我国邻海海上运动目标探测的需求,提出一种由多种类型卫星构成的区域覆盖混合星座系统方案。选择了合适的轨道类型,利用轨道动力学特性保持不同高度卫星构成的星座的构形;提出了星座配置方案,确定了不同类型卫星的协同工作方式和顺序等;在此基础上给出了轨道设计方法。最后设计了一个由海洋监视卫星簇、光学成像卫星和SAR卫星组成的星座。仿真表明,该星座能够实现预定的设计目标,保持一定的空间和时间关系对给定地区进行一定时间间隔的重访。

基于GDE 3算法的红外低轨星座设计

针对红外低轨系统,综合考虑定位精度、空间覆盖以及星座成本等因素,提出了红外低轨星座的设计准则,并定义星座性能的度量指标.然后,引入GDE 3算法用于红外低轨星座设计,该方法基于Pareto最优概念,能够得到多个最优解,适于多目标优化设计.通过星座建模和目标函数设计,进行了仿真实验.最后验证了设计得到的星座在多项性能指标上均优于已有文献中的星座.

基于遗传算法的低轨天基雷达星座设计

从目标监视性能的角度出发,分析了低轨天基雷达星座的卫星总数、能量需求以及星座发射费用等优化目标。综合考虑了Walker星座的碰撞等约束问题,建立了低轨天基雷达星座设计的优化目标。提出了一种基于遗传算法的低轨天基雷达星座设计方法。根据天基雷达星座的特点,该算法在进化过程中使用了非可行解修正和约束分级等约束处理方法,有效提高了算法的运算效率。通过仿真实验验证了该方法能够有效的同时优化低轨天基雷达星座的构形和卫星参数。

近地轨道卫星星座设计时的轨道模型

首先给出考虑Ｊ２摄动项时近地轨道卫星的轨道模型、星下点计算方法和覆盖判断准则，在此基础上给出一种近地回归轨道的迭代设计方法。在区域间断覆盖星座设计时常常选用每天运行１２、１３、１４、１５圈的近地圆回归轨道，因而最后列出了这４种回归轨道的轨道高度和倾角。

基于遗传算法的空间时差定位星座设计

针对三星时差测量定位系统，基于高精度的WGS-84地球模型，分析了定位算法的位置精度衰减因子（PDOP）。综合考虑覆盖范围、定位精度以及星座发射能力等因素，提出了一种基于遗传算法的星座设计方法。该方法基于进化论，使用概率搜索方式，能更好的进行星座优化。通过仿真实验验证了所设计的星座的适应性是已有文献中星座的2倍以上，能够有效进行空间时差定位。