基于导航星座的天基光网络拓扑设计与仿真

针对北斗导航星座异轨面激光链路通信距离远、多谱勒频移严重、动态变化剧烈、影响通信定位精度的问题,提出了一种考虑通信距离和多谱勒特性的星座拓扑设计和优化方法。建立了北斗全球星座异轨星间链路运动模型,分析了多谱勒频移、多谱勒速度和多谱勒加速度的变化规律;建立了激光链路通信距离优化模型并提出了优化后的拓扑设计方案。仿真结果表明,优化后的拓扑方案能够降低通信成本,同时在保证网络通信时延性能恶化不超过4%的情况下对单星建链数量进行简化,降低了系统建设成本。仿真结果表明,上述方法是一种经济可行的星座拓扑设计方案,为空间信息传输优化提供了参考。

鹊桥中继星-北斗导航卫星的单链路星间自主定轨

星间链路ISL(Inter-Satellite Link)测距测速是导航星座自主定轨的主要数据来源。当星座仅涉及传统二体问题意义下的卫星时,ISL定轨是秩亏的。若引进地月系平动点轨道飞行器,则有望解决扩展星座的自主定轨。本文探讨了联合嫦娥四号的“鹊桥”中继卫星与北斗导航星座的自主联合定轨方法。分别构建了“鹊桥”与北斗混合星座中3类轨道卫星的星间测距单链路,数值分析表明,引入“鹊桥”卫星的定轨法矩阵的条件数约减小3个数量级,大大削弱了法矩阵的病态性。EKF自主定轨的滤波收敛后,除GEO的Z分量外,3类北斗卫星的自主定轨结果均可将初轨误差减小50%,但“鹊桥”中继星的轨道改进程度不如北斗卫星。若以“鹊桥”作为空间基准仅解算北斗导航卫星轨道,GEO定轨精度可达m级。仿真结果可为北斗导航星座星间链路的拓展应用提供一种新思路。

基于STK的BDS星座仿真和性能分析

利用卫星仿真工具包(STK)设计和建立了北斗卫星导航系统(BDS)的全球星座;在此基础上,选取南北半球不同经纬度的11个城市作为观测点,分别获得了BDS和全球定位系统(GPS)的可见星数和几何精度衰减因子(GDOP)的值,并按照5°×5°的空间分辨率,仿真了全球范围内BDS和GPS的可见星数和GDOP值;仿真结果表明,全球星座的BDS具有与GPS同样优良的导航性能,其在亚太地区的性能甚至更优于GPS,完全可以为用户提供高性能的满足所需导航性能(RNP)的导航服务。