Starlink下行信号的多普勒效应影响分析

准确描述多普勒效应对星链(Starlink)传输性能的影响是理解其独特物理层结构的重要前提,为解决这一问题,首先,建立了星地相对运动下的多普勒效应模型并给出Starlink的最大多普勒效应参数;然后,基于Starlink下行信号的时频域结构和参数建立多普勒效应下的信号模型;最后,对下行信号中的3种主要组成部分分别建立多普勒效应下的时频域理论特征。通过仿真验证理论结果的正确性,以期为其他现有和将要部署的低轨道地球卫星通信系统的传输可靠性研究提供一定的参考。

基于Starlink机会信号/INS的组合导航方法

针对全球卫星导航系统(GNSS)因频点单一、落地功率低、易受电磁干扰以及存在覆盖较差区域等潜在的被拒止或被干扰导致的导航系统性能降低甚至失效的问题,提出了一种基于星链(Starlink)机会信号融合惯性导航系统(INS)的飞行器动态组合导航方法。首先分析了星链信号体制,建立了基于星链星座卫星下行机会信号的瞬时多普勒定位观测模型,设计了一种基于频率细分的快速最大似然多普勒频率估计方法,然后建立了基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的Starlink机会信号/INS的组合导航模型,并对该导航方法进行了实验及分析。结果表明,该方法可为飞行器提供长航时、连续、高精度的导航。动态飞行情况下,该方法可实现平均优于25 m的三维定位精度和平均优于0.1 m/s的速度估计精度,比相同观测时间下的惯导精度提高了1~2个数量级,显著提高了飞行器的导航精度,可为战略导航提供方法和技术支撑。

云平台支持下的Starlink卫星星座拓扑仿真技术探析

卫星网络作为全球通信架构的重要组成部分,其可靠性和高效性对于全球数据传输至关重要。Starlink卫星星座作为领先的低地球轨道通信网络,在进行星座拓扑设计与管理中需借助现代化信息技术手段,实现优化与仿真。本研究针对Starlink卫星星座的拓扑结构,基于云计算,对主流云平台进行了介绍与分析,在云平台的强大计算与存储能力支持下构建了Starlink卫星星座拓扑仿真系统架构,实现了Starlink卫星星座拓扑仿真系统功能,最终通过实验分析与验证,以确证系统功能的准确性与逼真度,提升卫星网络的服务效率和质量,为星座网络设计与运营提供了科学依据。

Starlink卫星运动仿真分析

基于开普勒第三定律,研究Starlink卫星轨道运行轨迹,分析其轨道运行特征,建立轨道仿真模型,使用高阶的Runge-Kutta方法求解方程,并利用STK对中国东南地区以及中国低纬度地区的Starlink卫星覆盖情况进行分析。仿真结果表明:随着Starlink卫星发射数量的增加,整体覆盖能力稳步提升。最开始1000颗卫星的覆盖范围在北纬54°至南纬54°之间,中国低纬地区的覆盖程度要比中纬地区低;2000颗卫星在此范围之间的覆盖达到了100%,3000颗卫星的覆盖水平明显提高,并且向两极方向延伸,但是一直无法覆盖两极地区。

Starlink激光终端卫星现状分析

利用Starlink星座公开的轨道数据,对2021年初入轨的极轨激光试验卫星和当年9月开始的业务激光星座部署的完成情况、轨道构型设计、星座维持控制策略和激光通信跟踪参数等进行了分析和计算,极轨激光试验卫星进行了2个阶段的近、远距离的激光通信试验,业务星座中的880颗卫星已经完成了网络的基本构型,具备了使用激光终端进行业务组网的条件,同时,这些采用电推进控制系统的卫星轨道控制频繁、相位保持精度高,分析和计算结果与轨道维持策略对后续建设大规模星间链路的星座具有很强的参考价值。

Starlink 星座应用现状及分析

Starlink星座计划是目前全球最具前瞻性和影响力的低轨宽带卫星互联网星座。随着Starlink星座部署规模扩大,其高频次的发射及批量卫星部署,多样化卫星宽带服务提供,全球终端用户的快速增长,以及对军事应用的潜在支持和增强能力等应用潜力逐步显现。首先分析Starlink的在轨运行现状,并将其互联网服务与其他卫星宽带服务提供商进行对比;然后重点研究Starlink星间激光链路的应用特点及技术挑战,探讨Starlink的军事应用现状及演化趋势;最后总结Starlink的综合应用优势及面临的技术挑战,为我国卫星网络设计提供依据。总体而言,巨型LEO星座的建设及其应用不仅是卫星平台的实现,还涉及卫星设计及工业化生产、发射能力支持、星座的运维、卫星组网、地面站配套等一系列的工业链能力集成。

基于STK的Starlink星座覆盖仿真分析

利用卫星仿真工具包(STK)建立了Starlink星座覆盖模型,对其在南北纬70°范围内的覆盖能力进行了仿真分析,具体分析了星链星座对华盛顿、北京、中国台湾、基辅四个地点及其所在四个地区的覆盖能力。仿真结果表明,目前,星链星座能够达到对南北纬约60°之间地区的100%覆盖率,1.5版星链卫星开始覆盖两极地区,星链星座向实现全球覆盖方向稳步发展;星链星座对华盛顿、北京以及基辅等高纬度地区能够实现24小时全覆盖,且覆盖重数较大;对中国台湾等低纬度地区还有部分时刻无法实现连续覆盖,但整体覆盖能力正稳步提升。

Starlink星座通信建模仿真分析

星链计划是当前唯一正在快速部署的低地球轨道巨型星座,本文分析了低轨卫星通信的优势特点,并对星链计划建设情况、系统架构等内容进行了概述。利用卫星工具包(STK)对第一阶段“壳层1”的1584颗卫星进行建模仿真,基于星链卫星配备激光通信载荷之后的组网模式,以Dijkstra最短路径算法求解任意两颗星链卫星之间的最短星间通信链路距离,从而得出理论上最短的通信时延。最后根据仿真结果对星链计划的军事应用进行了预测。

Starlink对我国GEO卫星通信下行链路的时域干扰分析

针对Starlink一期卫星与我国地球同步静止轨道(GEO)卫星之间的同频干扰问题,首先以载干比为干扰评价指标,搭建了Starlink星座与我国GEO卫星通信系统馈电链路下行干扰模型,设计了单颗Starlink卫星和Starlink一期星座系统的干扰仿真场景;其次,在Ka频段下,仿真分析了单颗Starlink卫星和Starlink一期星座的干扰仿真场景对我国GEO卫星馈电链路下行信号的时域干扰,包括干扰时间段、实时干扰情况、干扰时间占比和等效功率通量密度。仿真结果表明:GEO地面信关站(Beijing站)一天内受到来自Starlink星座的有害干扰时间百分比为2.64%,远远超过了国际电信联盟标准化组织(ITU)-RS.1528的卫星系统干扰保护标准规定的0.1%,Beijing站接收端的等效功率通量密度(EPFD)以及多个地区GEO地面信关站接收端的EPFD均不能满足ITU的限值要求。采取增大天线尺寸的方法可降低干扰程度。仿真得出的结果可以为我国对Starlink星座的影响分析和后续的处置手段提供参考。

Starlink星座对我国国土及周边空间域影响分析

针对Starlink星座对我国空间域的潜在影响,构建了空间域影响分析模型。首先,基于Starlink星座的轨道参数和卫星数量,使用STK软件搭建了其星座模型;其次,在我国内地、台海地区和台湾省分别划定覆盖区域,并以最大可见卫星数、被覆盖时间占比和无覆盖时段的时间间隔为指标,分析了Starlink星座对各覆盖区域的覆盖特性,重点关注台海区域和台湾省两个热点地区;接着,搭建了Starlink星座对我国特定地球静止轨道(GEO)卫星和不同地面信关站的下行通信的干扰模型,以载干比(C/I)和干扰时间百分比为指标,对其进行干扰分析;最后,基于覆盖分析和干扰分析的结果,使用地理信息系统(GIS)生成了覆盖特性可视化的态势图。通过仿真实验得出的结果,可以为我国评估Starlink星座的影响程度和制定相应的应对措施提供参考依据。

Starlink全球部署对地威慑运筹分析

Starlink全球部署计划的主体是选择,即在空间、时间以及数量上的选择与设置。针对Starlink全球部署背后的对地威慑深层含义,遵循理技融合研究理念,构建区域威慑率、持续威慑率以及多重覆盖率量化准则,通过对地覆盖呈现区域威慑、时间覆盖呈现持续威慑、数量覆盖呈现多重威慑。Starlink全球部署计划仿真分析表明,1 110 km较高轨道部署能够对重点地域实现100%的区域威慑、100%的持续威慑以及7.3%的多重覆盖。若考虑发射高度成本,亦可在较低轨道通过视场角、轨道倾角以及相位差的调整部署来实现相同的威慑率。分析方式以及结果以期为Starlink部署应对提供借鉴。

手机直连卫星系统发展及关键技术综述

手机直连卫星系统即在商业移动通信的智能手机上可以无缝隙、用户无感地在地面移动通信网与卫星通信网自动切换的卫星通信系统,对航天技术和信息产业的创新发展具有巨大带动性。文章基于存量手机直连、定制手机直连、未来天地融合通信标准模式手机直连等3种不同发展路线系统总结了国内外手机直连卫星系统的发展现状,从卫星研制方角度梳理分析手机直连卫星涉及的通信系统、卫星总体与有效载荷等关键技术,提出对手机直连卫星系统建设和技术研究的建议,可以为我国开展手机直连卫星系统建设提供参考。

西方民商太空力量军援乌克兰的思考与启示

战争是政治的延续,全球政治秩序正在发生从“单极化”向“多极化”的巨变,必然伴随频发的区域冲突和争端。当前,俄乌冲突尚未结束,乌方凭借西方民商太空力量的军援,取得了举足轻重的战果。通过总结美国“星链”系统和西方民商遥感卫星在乌克兰战场上的通信指挥、情报传输和战场态势感知等作战运用情况,剖析了美国商业太空的政策引领和发展成果,民商太空力量正在成为高端战争中一种不可忽视的大国战略力量。

基于StarLink的民意模型的改造和测试

针对基于StarLink的民意模型,首先在理解高层体系结构的基础上,将它设计为具有三类联盟成员的联盟,接着详细地分析了联盟成员之间的信息流程和每类联盟成员内部的信息流,最后给出了基于该联盟的仿真实验方案和结果。实验结果表明,StarLink能够有效支持大中规模的仿真系统应用。

“星链”威胁启示下的新型空天防御技术研究

作为美军布局空天战场的关键支撑,“星链”系统通过渗透“侦、控、打、评、保”等作战环节,将可能颠覆现有作战模式并打破未来大国间的能力平衡。为此,首先介绍了“星链”系统的基本属性、发展现状与能力特点,其次根据俄乌冲突战例研究其未来作战应用模式,并在此基础上分析“星链”对未来空天局势的威胁,最后提出针对性的新型空天防御技术,为“星链”影响下的空天安全建设提供依据。

基于星链信标信号的多普勒定位方法与实验

未来十年全球将陆续发射数以万计的近地轨道卫星,组成巨型星座,这将为定位导航应用提供大量不同频段、带宽和制式的机会信号。为了便于利用卫星机会信号,设计一种轻量级模块化的通用型接收设备,率先观测到星链卫星下行信号频道间间隔中心处的信标信号(11.95 GHz/12.45 GHz)。基于该信标信号提出多普勒提取和定位方法,并开展外场实验,接收获得6颗星链卫星的信号,利用其实现接收站定位。接收机的三维定位误差为28.9 m,水平定位误差为11.8 m,验证了星链信标信号用于多普勒定位的实际有效性。

“星链”军事化发展对太空情报信息安全构成的挑战与应对

[研究目的]通过分析美国“星链”计划的军事化进程,一方面探究其对美军情报传输能力、情报侦察能力以及战略情报支援能力的提升作用,另一方面就如何应对“星链”军事化导致的太空情报信息安全问题提供对策建议。[研究方法]采用文献研究法和历史研究法对“星链”军事化应用进程、相关研究成果进行梳理,评估其对全球太空情报信息安全的影响。[研究结论]美国推动“星链”军事化加剧了太空情报资源竞争,挑战太空情报资源开发利用的制度规约,强化了美国在太空信息情报领域的霸权。为应对挑战,必须加快推进卫星互联网安全防御系统建设,完善和平利用太空情报信息资源的法律规范,构建“全国一盘棋”的军地协同创新体系。

星链系统及其作战运用分析

星链系统作战运用日趋成熟,考虑星链系统仍在快速建设,有必要对其未来作战运用进行系统分析。为探究美军星链系统未来作战运用方式,以星链基本情况分析为基础,聚焦大国高端战争,从作战理论的四个层次探究了星链对美军作战的影响,展现了星链的体系支撑作用;最后通过星链作战运用仿真实验,对星链中期作战运用方式与能力进行了定量分析,为后续反制策略的研究奠定了基础。

星链手机直连卫星业务商业模式及组网方式

首先简要对比星链、AST SpaceMobile和Lynk Global 3家低轨卫星通信公司的手机直连卫星计划,其中星链已成功进行了测试,而ASTSpaceMobile和LynkGlobal尚未取得显著进展。虽均处于较早期阶段,但3家公司的技术路径展示了未来手机直连卫星的技术趋势。针对已经取得初步成功的星链,分析其商业模式,对比探索未来空天地一体化的主要技术路线成为业内的热点课题。以星链的公开信息为基础,采用商业模式画布理论就其手机直连卫星业务进行深入分析,从价值主张、产品服务、关键资源、客户细分、成本构成、客户关系和渠道通路、合作伙伴、收入来源等方面梳理星链手机直连卫星的业务特征和工作方式,进而对星链组网的技术路线进行探讨,对比分析自建核心网和共享核心网两种技术路径,推断出星链合理的组网技术方案。

星链系统服务能力分析

首先对星链星座发展现状进行概述;然后从系统组成、卫星迭代版本、星座构型以及系统发展特点等方面对星链系统进行研究;最后通过仿真对基于星链星座和地面光纤的端到端传输时延进行对比,得出端到端基于不同传输路径的传输距离与时延的关系。通过链路估算,从传输速率方面评估星链卫星对不同业务的服务水平,并从单星覆盖、星座覆盖以及用户可见性方面对覆盖能力进行分析。