面向低轨通信星座的导航定位方法比对研究

当前基于低轨卫星的导航定位方法研究成为国内外热点,其中基于低轨通信卫星的导航定位技术更是当前研究的重点方向。然而低轨通信星座较低的时空基准精度给导航定位带来了较大的挑战,针对弱时空基准约束的低轨卫星导航定位体制设计还处在研究的初级阶段。本文针对低轨通信星座的导航定位服务需求,基于LEO通信卫星的伪码测距信号与多普勒测频信号,开展精度因子(Dilution of Precision,DOP)及定位精度均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)分析,并对两类测量体制下的低轨通信星座导航定位服务性能进行分析论证。理论分析与仿真结果表明,在设定低轨通信卫星10 m~30 m弱时空基准误差的约束下,多普勒测频体制具有更优的导航定位精度,其周期平滑后的三维RMSE值为1.28 m,相比伪码测距体制下的三维RMSE值优化了86.8%;二维RMSE值为0.99 m,相比于伪码测距体制提升了52.9%。本文提出了一种较为可靠的低轨通信星座多普勒定位方案,为未来低轨通信卫星用于导航定位服务提供了有益参考。

低轨通信星座星间链路特点研究

随着全球宽带通信需求的增长,世界各国提出并建设了多种低轨通信星座,我国的卫星互联网系统也在紧张建设中,星间链路将是通信星座系统的重要组成部分。为研究星间链路特点和建链需求,以极轨通信星座为例,从几何角度给出了星间链路指向角和距离的数值计算公式,分析了顺行轨道星间链路的变化规律,并进一步研究了异轨星间反向缝建链的特点。研究结果表明,选取合适的星座参数,可以实现卫星跨反向缝的接续建链,从而保证反向缝两侧卫星之间始终存在可用的通信链路。

基于空间位置概率的NGSO通信星座干扰仿真分析研究

针对非静止轨道(non-geostationary orbit,NGSO)通信星座系统与静止轨道(geostationary orbit,GSO)卫星系统同频干扰问题,建立了面向多波束NGSO通信星座系统的集总干扰分析模型,根据国际电联的相关建议和报告,提出了基于空间位置概率的双精度分析方法.通过对NGSO参考卫星进行空间采样,得出干扰的统计分布规律.以OneWeb和SINOSAT-5系统为仿真场景,评估了两系统间的干扰情况,并与国际通用工具对比验证了所提方法的正确性.在此基础上探究了精细步长仿真准则和地球站位置对结果的影响.结果表明,对于大规模NGSO通信星座系统,分隔角小于等于精细步长区域夹角的NGSO卫星数占比门限为20%时能够兼顾结果精度和计算效率,干扰分布趋势与GSO地球站纬度密切相关.

天地一体化信息网络低轨移动及宽带通信星座发展设想

随着全球互联网和物联网服务的延伸,可以实现包括南北两极在内全球无缝覆盖的低轨通信星座又一次进入了发展机遇期。通过分析国外典型星座的特点,结合我国"科技创新2030—重大项目":天地一体化信息网络重大工程的发展背景,提出了一种创新的低轨移动及宽带通信星座方案构想,并给出了发展建议,希望能够为相关系统研制提供参考。

典型低轨通信星座系统的确定性干扰分析

低轨通信星座系统是当前卫星通信领域最热门的焦点之一,其核心特点是星座规模庞大。为了评估低轨通信星座系统对其他低轨通信星座系统地面终端的干扰,根据通用干扰模型计算了典型低轨通信星座在协调门限时的功率通量密度、最小隔离角度和受扰时长,并分析了轨道高度和通信仰角对干扰情况的影响。

低轨移动通信星座有效载荷工程化关键技术

文章主要介绍了一种低轨移动通信星座及其有效载荷配置情况,重点叙述了其有效载荷工程化的关键技术。

NGSO通信星座系统间同频干扰场景与建模研究

针对非静止轨道(NGSO)通信星座系统存在的严重频率重叠问题,在综合阐述典型系统频率资源规划使用现状的基础上,全面分析多个NGSO通信星座系统同频共用情形下潜在的干扰场景,并对每个场景下发生干扰风险的可能性进行初步定性评估。根据干扰场景特征,探讨NGSO通信星座系统之间同频干扰分析的关键参数和模型,并给出3种不同评价指标的同频干扰计算模型,最后指出NGSO通信星座系统间同频干扰分析面临的挑战以及重点研究方向。研究结果可为NGSO通信星座系统之间的兼容共存提供参考。

路由算法在LEO通信星座构型优化中的应用

低轨(LEO,Low Earth Orbit)通信星座的特殊功能决定了其构型优化需要综合考虑成本、覆盖和路由性能等因素.以往的研究往往忽略了路由性能,导致优化得到的构型不能很好的满足要求.首先给出了两个意义明确的星座路由性能的评价指标,然后通过将它们作为目标函数进行仿真,验证了其优化必要性和评价有效性.最后利用多目标遗传算法实现了星座的构型优化.仿真结果显示,将路由算法加入到星座的构型优化中,在仅对星座构型参数进行微调的前提下,不仅满足了成本、覆盖等基本要求,而且星座的路由性能大大提高.

发展我国低轨卫星通信星座系统的思考

卫星通信属于航天技术的重要内容,在明确低轨卫星通信星座系统发展进程及现状的前提下,针对性地指出发展我国低轨卫星通信星座系统的重要意义,以及发展中面临的问题,并提出发展我国低轨卫星通信星座系统的优化方案,为我国卫星通信行业的发展进步提供助力。

ADC方法在通信星座系统效能评估中的应用

本文参考系统效能定义给出了通信星座系统效能的定义,阐述了通信星座系统效能评估的重要意义。综合考虑通信星座系统的自身特点,建立了通信星座系统能力层次结构,并以此为基础,运用ADC方法对系统效能进行了分析,给出了分析方法和计算公式。从而为实现了通信星座系统综合效能的定量评估打下基础,为进一步设计、发展通信星座系统起到辅助决策作用。

基于NSGA-Ⅱ的通信星座重构方法研究

提出中高轨通信星座重构指标作为重构方案的评价标准,根据轨道机动所需能量消耗确定星座重构的轨道机动模型;然后,选择双层编码模式构建变量参数,并采用Pareto占优思想及非支配排序遗传算法构建重构优化模型,提出高轨通信星座重构方法;最后,根据设定的威胁场景分析确定重构环境,并对重构方法进行仿真验证。结果表明,该方法能够给出基于重构目标的最优重构解集,为受损星座快速恢复通信功能提供最优的可行方案,在中高轨通信星座重构问题中具有应用价值。

考虑燃料消耗均衡性的低轨通信星座在轨星座构型重构方法研究

针对低轨(low earth orbit,LEO)通信星座在轨重构问题,分析了低轨通信星座的特点,提出了4个重构指标,即全球平均覆盖率、燃料消耗均衡性、重构总时间和重构总速度增量,并分析了提高轨道高度的重构方式。采用基于分解的多目标进化算法(multiobjective evolutionary algorithm based on decomposition,MOEA/D)对重构进行建模分析。结果表明,模型优化结果可以得出多组最优解,构成帕累托前沿,并得出燃料消耗均衡性最优的解,针对两种失效模式得出的重构总时间均为3.6×10^(5)s,速度增量方差分别为261.4 m^(2)/s^(2)和293.4 m^(2)/s^(2),这些解均可恢复星座原有的覆盖性能,并使燃料消耗最为均衡。

商业低轨通信星座纳入国家综合PNT体系的可行性分析

为促进低轨星座纳入国家综合定位导航授时(PNT)体系,基于近年来国内外低轨通信星座的建设发展态势与提供PNT服务的相关研究,探寻将低轨星座纳入国家综合PNT体系的可行性。低轨星座在信号强度、对地运动速度、鲁棒性等方面的优势,有助于解决传统天基信息源(如全球卫星导航系统(GNSS))的脆弱性,使得其越来越受到导航领域的青睐。相关研究表明,低轨星座可以辅助增强GNSS的导航性能,也能独立提供性能可观的PNT服务。基于以上分析,提出了国家综合PNT体系下低轨星座的系统组成与服务架构,对关键技术问题进行分析并提出了解决方案。

低轨大规模Walker通信星座构型控制仿真系统研究

设计和开发了低轨(Low earth orbit,LEO)大规模Walker通信星座构型控制仿真系统,该系统分为轨道仿真分系统、构型维持分系统、在轨重构分系统和电推进离轨分系统4个部分,分别利用两次偏置法、考虑燃耗均衡性等指标的在轨重构方法和结合增广拉格朗日粒子群算法(Augmented lagrangian particle swarm optimization algorithm,ALPSO)的电推进离轨方法完成针对低轨大规模Walker通信星座的构型控制仿真。实例分析表明:系统将低轨大规模Walker通信星座的相对漂移控制在10年0.1°以内,得出燃料消耗均衡性等指标最优的重构方案,并利用电推进使失效卫星在3年内离轨。

非静止轨道宽带通信星座频率轨道资源全球态势综述(上)

频率轨道资源一直是非静止轨道(NGSO)宽带通信星座系统发展的关键要素。本文从现有星座的频轨解决情况、国际电信联盟(ITU)卫星网络资料申报现状、相关无线电规则的演进趋势等三个方面对NGSO宽带通信星座系统频率轨道资源的全球态势进行了综述和分析,并在此基础上提出了相关发展建议。

美军利用商业低轨通信星座的新动向分析

近年来,全球低轨宽带通信星座建设热潮兴起,其批量研制、快速部署、大容量、低延时、全球覆盖等特点,为军事作战通信保障应用提供了新思路、新方案。自2018年以来,包括美国国防高级研究计划局(DARPA)、空军、航天发展局(SDA)等在内的美国军方机构发起多项研究,旨在探索利用商业星座发展成果服务军事能力建设,'黑杰克'(BlackJack)、空间传输层(STL)等新概念、新设想集中涌现,一定程度上透露出美军未来战术宽带通信的新需求,也进一步丰富和充实了目前其正在开展的军用卫星通信体系弹性转型工作内容,值得持续关注和分析。

美国NGSO宽带通信星座系统管理政策研究(上)

SpaceX和OneWeb等非静止轨道(NGSO)宽带通信星座的兴起给卫星业务的监管带来了严峻挑战,各主要航天大国都在加紧制定相关的星座管理政策。美国对于NGSO宽带通信星座的管理一直走在世界前列,其管理政策具有较强的可操作性和前瞻性,非常值得借鉴。本文从管理机构、立法情况、频率规划、管理机制、当前授权情况、主要规则条款及其变化趋势、最新发展动向等多个方面对美国NGSO宽带通信星座系统的管理政策进行了全面介绍和评述,并重点围绕星座授权流程、里程碑管理、国外星座监管、兼容与协调机制、NGSO动中通管理、轨道碎片管理等热点问题进行了解读,在此基础上提出了相关发展建议。

约束通信星座二十年的规则边界--EPFD简史

近三十年来,卫星通信从GSO一统天下,到与NGSO星座平分秋色,EPFD概念和规则的引入起到了决定性作用。EPFD限值如同戴在通信星座头顶的紧箍咒,既要确保对GSO的保护,也要为NGSO争取合理的发展空间。

通信星座弹性评估权值确定方法研究

太空环境日益复杂,通信星座的全球覆盖、超视距通信等优势使其具有极高的存在必要性;为保证通信任务的可靠性,开展通信星座弹性评估研究,为建设弹性通信星座提供参考;针对通信星座弹性意义及特点,构建通信星座弹性评估指标体系,并对权重赋值问题进行分析,确定数学模型;针对层次分析法在判断矩阵一致性差时求解特征值困难的不足,提出采用生物地理学优化算法求解权值问题;通过对BBO算法中的迁移机制、迁移算子和突变机制进行改进,实现了判断矩阵排序权值与一致性的统一;并与基本BBO算法、GA算法、GA-PSO算法、AHP算法进行比较验证,结果表明改进BBO算法在收敛速度、优化精确性以及局部寻优能力方面较优;随后,采用改进BBO算法对通信星座弹性评估指标体系权值进行分析计算,得出通信星座弹性评估指标体系权重,可为后续通信星座弹性评估提供一定帮助。

低轨通信星座与地球站连通规划方法

提出一种低轨通信星座与地球站连通规划方法。考虑低轨通信星座卫星数量较多,直接建立低轨通信星座与多个地球站的连通规划方法难度较大,依次建立单颗卫星与单个地球站连通规划方法、星座与单个地球站连通规划方法、卫星星座与多个地球站连通规划方法,前一规划方法是后一规划方法的基础,后一规划方法是前一规划方法的拓展,最终形成一种低轨通信星座与多个地球站的连通规划方法。典型的仿真算例表明,地球站与卫星星座连通的过程中,地球站到卫星的仰角不低于通信仰角下限;在地球站与卫星的单个连通段内,离轴角的变化趋势都是先变小后变大;地球站选择的连通卫星分别展现轨道面切换和一个轨道面内的卫星依次切换,都间接验证了连通规划策略的正确性。