应用于无人机的5G IMT系统与地球静止轨道卫星的兼容共存分析研究

低空经济已成为战略性新兴产业,无人机产业作为低空经济的主导产业,未来与国际移动通信(IMT)网络相结合是必然趋势。发展低空经济,需协调好无线电频率资源,进行系统间电磁兼容仿真研究。本文介绍了应用于无人机的IMT系统与地球静止轨道卫星的兼容共存分析方法,提出了在IMT基站全球部署条件下采用中心聚簇的仿真方法,并选取26GHz频段5GIMT与典型的地球静止轨道卫星固定业务(FSS)系统参数,开展了兼容分析仿真。在本文的仿真假设条件下,两系统可实现共存。本文的研究方法可为后续开展频率兼容技术分析提供借鉴。

低地球轨道卫星边缘计算场景中任务卸载与资源分配联合优化算法

针对低地球轨道(LEO)卫星边缘计算场景中地面用户计算任务的卸载需求,提出联合卸载与资源分配优化(JORAO)算法。考虑到LEO卫星的有限覆盖时间,以最小化所有地面用户的平均服务时延为目标,联合优化卸载策略、LEO卫星的通信和计算资源分配。将任务卸载与资源分配的联合优化问题分解为卸载决策和资源分配子问题,使用交替优化方法,获得原始优化问题的次优解。对于任务卸载决策子问题,将其建模为联盟博弈模型,当博弈达到纳什均衡时,获得最小化平均服务时延的地面用户卸载策略;对于资源分配子问题,使用拉格朗日乘子法获得最优的通信和计算资源分配结果。此外,还证明了所提算法的收敛性和稳定性。仿真结果表明,所提算法具有良好的收敛性,能显著降低地面用户的平均服务时延和提高任务卸载成功率。

面向大规模低地球轨道卫星网络的星间链路连接策略

针对大规模低地球轨道(LEO)卫星网络,提出了2类新型星间链路(ISL)连接策略:Grid-V和Grid+,并对传统的Grid连接策略进行改进。所提策略充分利用了次邻轨和跨邻轨星间链路,Grid-V连接策略舍弃了Grid连接策略的轨内链路,利用次邻轨和跨邻轨的星间链路形成网络拓扑;Grid+连接策略在保留Grid连接策略中的星间链路基础上,允许卫星与同轨道或者次邻轨道卫星建立跨星连接。针对Walker-Delta星座构型的大规模LEO卫星网络,设计了基于所提星间链路连接策略的最短距离路由算法,并分别从几何拓扑和数据包层面对路由进行了系统级仿真,以评估各连接策略的性能。仿真结果表明,在几何拓扑层面,所提策略可以有效减少平均路由跳数与路径切换次数;在数据包层面,所提策略在往返时延及抖动、路径占用率、平均吞吐量等方面具有更好的性能。

地球静止轨道LAR防静电白漆太阳吸收比变化分析

LAR防静电白漆具有低吸收发射比,能够喷涂于不同形状的物体表面,是重要的航天器热控系统组成部分。文章收集2颗地球静止轨道卫星的相机遮光罩外表面喷涂LAR防静电白漆的在轨7年和4年数据,结合遮光罩在轨热分析模型,得到白漆太阳吸收比随在轨时间的变化规律。研究结果表明:在轨2年后,白漆太阳吸收比由0.200退化为0.330,5年后变为0.357,年退化率由7.90%降低至0.55%,呈现逐年减小的趋势;根据该退化模型,预测10年后白漆太阳吸收比为0.357。利用热分析模型及在轨数据,能够得到白漆在轨退化性能,为航天器热控设计提供数据支撑,满足航天器长寿命及高效散热的需求。

基于改进广义正交匹配追踪的低地球轨道卫星MIMO-OTFS系统的信道估计方法

针对基于多输入多输出(MIMO)技术和正交时频空间(OTFS)调制的低地球轨道卫星系统的复杂性带来的信道估计困难问题,提出一种基于改进广义正交匹配追踪(GOMP)的信道估计方法。根据单输入单输出(SISO)-OTFS系统的输入输出关系和低地球轨道卫星信道的传播特性,建立一种基于MIMO-OTFS的低地球轨道卫星信道模型,并将系统的信道估计问题转化为稀疏信号的恢复问题。考虑到传统的GOMP算法存在对稀疏度的过度依赖和对稀疏信号的重构精度差等问题,所提方法结合了分段弱正交匹配追踪(SWOMP)的弱选择思想和广义Jaccard系数的相似性准则,以快速准确地重建稀疏信号。仿真结果表明,当天线数为16且导频开销比为0.5时,与正交匹配追踪(OMP)算法相比,所提方法的归一化均方误差(NMSE)降低了约2.5 dB,误码率(BER)降低了约5 dB。

利用FY-4B地球静止气象卫星观测南海北部内孤立波及传播速度

本文利用中国新一代静止轨道气象卫星FY-4B数据开展了南海北部海域内孤立波观测及传播速度研究。首先使用500 m分辨率的全圆盘ARGI数据对FY-4B卫星可观测内波区域进行了讨论,确认了南海北部为研究区域。之后利用250 m分辨率的GHI数据使用多时相图像比较法(Multitemporal Image Comparison Method,MTI)计算了南海北部内孤立波的传播速度,其平均传播速度为1.78 m/s,东部深海区平均传播速度为3.02 m/s,向西传播至东沙群岛附近后平均速度减小至1.90 m/s,经过东沙群岛分裂后南部比北部传播速度更快,分别为2.08 m/s和1.54 m/s;最终在向西传播到近岸区域后内孤立波传播速度减小至0.42 m/s,直至最终消散。将MTI方法与两层模式下扩展KdV方程(extended Korteweg-de Vries,eKdV)计算得到的理论传播速度进行了对比,二者相关系数达到了0.89,证明eKdV理论方程对南海北部内孤立波传播速度反演的可行性,但仍具有一定的局限。最后将实测数据与遥感影像匹配计算内孤立波传播速度的结果与单一遥感影像计算内孤立波传播速度的结果进行了比较,两者相关性达到了0.93。本文验证了静止轨道卫星光学遥感数据的高时间分辨率特点对内孤立波传播速度研究具有的较大优势,对南海北部内孤立波参数反演等研究工作具有一定意义。

低地球轨道卫星星座地球固定足印模式覆盖域切换方法

在低地球轨道卫星星座中,当采用地球固定足印模式时,波束在覆盖域之间的切换会影响对地覆盖的仰角,进而影响通信质量。针对地球固定足印模式下的覆盖域切换问题,提出了一种覆盖域切换方法。首先,设计了覆盖域划分机制,使覆盖域拓扑保持规则性;然后,以最大限度地增大波束对地面的最小仰角为目标,设计了切换时刻选择机制和目标覆盖域选择机制。所提方法考虑了极轨星座和倾斜轨星座的差异,同时支持2种星座。以OneWeb和Telesat星座为仿真场景,验证了所提方法。仿真结果表明,所提方法能够有效增大波束对地面覆盖的最小仰角,从而有助于提升链路质量。

地球同步轨道卫星对低轨卫星的目标引导方法

在实际作战中,地球同步轨道卫星通常是最先发现弹道导弹发射的预警装备,然而,其提供的缺维探测信息,使得传统的引导交接方法难以直接应用于其对低轨卫星的目标引导上。针对此问题,对地球同步轨道卫星对低轨卫星的目标引导方法进行研究。首先,根据弹道导弹在发射及主动段飞行过程中产生红外辐射特性时的飞行高度约束,计算在单颗地球同步轨道卫星引导下,低轨卫星红外传感器的方位和俯仰探测范围。其次,对低轨卫星红外传感器的探测距离进行建模和计算,实现低轨卫星对目标的成功探测。最后,通过模拟仿真实验,验证了该方法的有效性和准确性。

基于模型发展的建模教学的探索及课堂教学实践——以“建构地球圆轨道卫星运行模型”为例

在模型建构过程中,学生头脑中的物理模型是不断发展变化的.基于模型发展的建模教学就是根据建模过程模型的动态发展变化,提供必要的教学资源,使用适当的教学策略,提供恰当的交流平台,促进学生建构的物理模型发展.梳理了模型、心智模型、建模和建模教学等概念,并通过实例展示了基于学生模型发展的建模教学的课堂实践.

基于终端流量预测的低地球轨道卫星互联网资源分配策略

针对地面网络存在覆盖盲区和卫星网络通信资源利用率低等问题,提出了基于终端流量预测的低地球轨道(LEO)卫星互联网资源分配策略。该策略利用真实数据集提出改进LSTM-ARIMA算法,准确预测地面区域未来一定时间内产生的数据流量,通过Stackelberg博弈构建差分化数据传输和任务卸载2种通信模型。综合考虑数据处理时延和能耗,通过求解纳什均衡,得到用户通过LEO卫星互联网传输数据或卸载任务的最优比率,以及卫星提供网络服务的最优定价。仿真结果表明,所提策略在数据传输服务中收益能提高约40%,在任务卸载服务中收益能提高约50%。

地球静止轨道卫星精密扩频测距方法

地球静止轨道卫星使用全球导航卫星系统进行定位存在可见卫星数少、接收信号弱等困难,而扩频测距技术具有测距精度高、无模糊距离大和抗干扰性能强等优异特性,是当今复杂电磁环境下精密测距的首选。随着卫星对图像处理的定位精度要求不断提高,针对常规扩频测距系统的测距精度无法满足卫星定轨需求的问题,文章提出了一种精密扩频测距方法,基于在轨自校正算法,消除扩频测距终端距离零值受温度等因素的影响,实现高精度地基测距。在轨实测数据表明:精密扩频测距方法可以将星上部分测距精度提升1个数量级,为星地大系统精密定轨创造优良条件。

轨道倾角对地球同步轨道通信卫星外热流影响分析

我国传统地球静止轨道(GEO)卫星外热流经验已不满足当前地球同步轨道(GSO)通信卫星热设计需求。为此,文章针对小倾角GSO卫星和倾斜地球同步轨道(IGSO)卫星开展姿态控制策略、轨道倾角及升交点赤经对卫星外热流的影响规律研究。分析结果表明:对于小倾角GSO卫星,姿态与轨道升交点赤经对南北面外热流有不容忽视的影响;对采用实时偏航控制的IGSO通信卫星,应关注太阳翼红外热流对卫星本体的影响。

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%。

星基并置轨道配置对地球自转参数解算的影响

为了进一步研究全球卫星导航系统(GNSS)和卫星激光测距(SLR)低轨卫星(LEO)星基并置对于地球自转参数(ERP)解算的贡献,综合评估星基并置轨道配置和空间连接误差对地球自转参数解算的影响:通过仿真实验,联合地面全球定位系统(GPS)、低轨卫星星载GPS,以及低轨卫星激光测距观测数据,分析低轨卫星轨道配置、空间连接误差对地球自转参数解算精度的影响。结果表明,ERP的估计精度受低轨星基并置站的轨道高度和倾角影响较为明显;相比于低轨道、低倾角卫星,高轨道、高倾角卫星对于极移参数的解算精度提升效果更为显著,这主要是得益于该轨道配置可提供更多的SLR观测数据;此外,空间连接误差分析结果表明,ERP对于低轨卫星SLR棱镜质心改正的误差更加敏感,特别是在Z向,2 cm的Z向SLR棱镜质心改正误差可使得极移X分量和Y分量的估计精度分别下降24%和14%。

用于地球静止轨道目标的光学检测算法

针对地球静止轨道(GEO)空间目标探测任务中目标特征薄弱、尺度小和定位精度要求高的问题,提出SFFRetinaNet(Shallow focus and FreeAnchor RetinaNet)算法。该算法针对空间目标特征提取不充分的问题,设计了一种聚焦浅层特征的残差网络结构,增强了网络对图像浅层特征的提取能力;引入了FreeAnchor检测器,将锚框匹配策略转化为极大似然估计问题进行优化,提高了目标检测框的定位精度;针对观测图像中目标样本数量匮乏、分辨率低及分布不均匀的问题,引入多分辨率融合的Copy-Paste数据增强方法,提高了算法的检测效果。SFF-RetinaNet算法在Kelvins SpotGEO挑战赛的数据集上进行了测试,mAP达到了71.28%,相较原算法提高了12.33%,算法检测速度提高了3fps,能够更好地应用于地球静止轨道空间目标检测任务。

面向用户传输差异的低轨道地球卫星资源分配策略

低轨道地球卫星(LEO)上行链路通信场景下,针对不同用户对于高容量传输(HCT)和高可靠性传输(HRT)需求的差异性,对2种不同需求的用户进行频谱共享,建立HRT用户需求受限下的HCT用户总和容量最大化的资源分配模型,并联合用户功率和信道资源进行优化。基于信道衰减统计特性进行功率分配,以应对信道衰减的随机性带来的不确定性挑战,在功率分配的基础上,应用匈牙利算法对用户进行两两配对,共用同一信道。为了提升HCT用户的公平性,将最小遍历容量的最大化纳入优化目标,并在已有算法基础上引入一个平衡矩阵进行求解。仿真结果表明,相较于其他几种算法,所提算法在相同HRT用户中断概率下,HCT用户的总和容量最高,改进后算法在提升HCT用户公平性和鲁棒性上也有显著效果。

地球静止轨道卫星广播星历参数拟合与试验分析

介绍GEO卫星广播星历参数超限的现象和规律,根据解算方程病态性和轨道动力学特性分析该参数超限的原因,设计在不显著损失精度前提下多种改善参数超限的拟合方案,利用实测数据进行试验。结果表明:固定超限参数的同时解算其余星历参数和进行参数岭估计的方法,都能够有效地抑制并解决参数超限问题。

基于转发式的北斗卫星导航系统地球静止轨道卫星精密定轨试验

地球静止轨道卫星(GEO)在北斗卫星导航系统(Compass)的卫星导航中具有特别重要的作用,除了利用导航系统自身的伪距相位以外,利用其他的测轨系统对其进行精密定轨有着重要的意义。利用国家授时中心的转发式测轨网对Compass的GEO卫星进行观测,获取转发式测轨数据,利用该数据对Compass的GEO卫星进行精密定轨分析。分别从观测数据的观测精度,定轨残差以及轨道重叠误差等方面分析GEO卫星的定轨精度。

非对地静止卫星轨道卫星固定业务新增频率划分纳入未来大会议题

2023年世界无线电通信大会(WRC-23)通过决议在2027年世界无线电通信大会(WRC-27)设立议题,审议与使用51.4-52.4GHz频段有关的研究,以便关口地球站能够使用该频段向卫星固定业务(地对空)中的非对地静止卫星轨道系统进行发射。该议题的设立可满足未来非对地静止卫星轨道卫星固定业务(nonGSO FSS)系统使用该新划分的需求,同时将开展共用和兼容性研究对卫星地球探测(EESS)无源等现有业务进行保护。

关于坐标旋转法进行地球静止轨道导航卫星广播星历拟合的探讨

介绍基于坐标选转法的GEO广播星历拟合算法,推导坐标系旋转前后卫星瞬时轨道根数及其摄动的解析关系式,分析选择不同惯性系(不同的X轴指向和不同旋转角)对卫星轨道根数及其摄动的影响,通过仿真GEO轨道的广播星历拟合实验分析不同坐标旋转角度对星历参数拟合结果的影响。分析和试验表明:①采用简化法,经坐标变换后得到的轨道倾角不为常数,而是随着选择的参考历元不同呈周期性变化;②选择不同的惯性参考系会导致轨道倾角摄动以不同的放大倍数放大后被新坐标系的轨道升交点赤经摄动和近地点幅角摄动吸收,放大倍数可达几十倍至上百倍甚至出现奇点;③拟合得到的GEO卫星星历参数Δn和.Ω的取值范围随坐标旋转角的增大而减小。