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。

中国低轨卫星星座组网设计与规划

针对全球性低轨卫星星座系统成本高、技术难度大、实现周期长等问题,提出了适用于我国低轨卫星星座的分步实施方案。在分析星座设计主要问题的基础上,利用24颗卫星设计了能够实现对中低纬度连续覆盖的低轨卫星星座,以此低轨星座构型为基础,结合我国当前实际,在假定任务背景下,研究了第一阶段4颗卫星的优化部署方案,并利用STK对不同设计方案的覆盖性能进行了仿真和对比分析,验证了连续覆盖型星座的优势,为我国低轨卫星通信系统的组建提供了参考。

面向导航增强的低轨星座设计与应用

随着传统产业升级和新兴技术的发展,社会生产和生活对分米级、厘米级的实时精准定位需求日益凸显。低轨卫星轨道高度低、信号强度大、短时间内几何构型变化快,因此应用低轨卫星开展导航增强服务成为研究热点。低轨卫星的增强服务性能依赖于星座的快速组网和设计,低轨卫星星座构型、轨道高度、轨道倾角等是影响其覆盖性能和增强性能的关键因素。全面分析了低轨星座设计的关键要素,包括轨道高度、轨道倾角和单星覆盖性、地面人口密度、空间环境等,在此基础上设计了单构型和复合构型低轨导航增强星座,并进一步分析低轨星座的覆盖性能。结果显示:复合低轨导航增强星座可以实现对全球的连续覆盖,同时满足极地高密度覆盖和低纬度的连续覆盖需求,对北斗导航系统的增强效果明显。

双层混合卫星网络优化设计及覆盖性能评估

针对单层卫星网络抗毁能力差、处理时延高以及三层卫星网络管理复杂、链路冗余度高等问题,分别采用Walker星座和极轨星座对MEO和LEO卫星进行了组网分析和星座设计,提出了一种双层混合卫星网络优化设计方案;同时,针对传统卫星覆盖性能指标不能统一评价不同构型卫星星座的问题,提出了一种基于层次分析法模型的不同构型卫星星座统一评估模型。仿真结果表明,所提出的方案不仅能够很好地提升对中国区域的覆盖率,而且可以有效地降低平均间隙时长和平均响应时间,从而满足对中国地区全天时覆盖的总体设计要求。

对地协同观测混合星座多目标优化设计

随着卫星遥感信息全面性、精确性和快速回传需求的增长,满足永久星间链路的对地协同观测混合星座成为必然选择。建立了全球普查覆盖率、区域详查时间分辨率、空间分辨率、星间链路和星座部署代价等优化指标计算模型,并巧妙处理轨道回归条件等约束条件,设计的分层优化策略可以计算混合星座多目标优化设计问题。算例表明,提出的方法能综合考虑混合星座多方面设计指标和约束条件,计算的Pareto解集能反映混合星座多方面性能品质,可支持工程实施方案论证和择优。

全球覆盖低轨卫星星座优化设计研究

为了在满足全球覆盖条件下使用最少的低轨卫星个数构建星座并且维持星座长期稳定性,需要寻找最优的最小地面仰角参数以此来确定轨道高度、卫星个数等星座参数,并且需要解决卫星光照不固定和轨道参数不稳定的问题。针对如何确定最小地面仰角参数的问题,通过分析星地链路衰减、最小地面仰角和轨道高度之间的相互影响关系,提出了一种已知星地链路裕量时确定卫星轨道高度和最小地面仰角的方法,能够在满足星地链路裕量的前提下获得最优的最小仰角参数;针对卫星光照不固定和轨道参数不稳定的问题,提出了一种考虑轨道特征的低轨(LEO)卫星星座设计方法。上述方法将太阳同步冻结轨道与近极轨道覆盖带(SOC)星座设计方法相结合,设计出连续全球覆盖的LEO星座。仿真结果表明,利用这上述方法设计的LEO星座能够实现连续全球覆盖,并且能够保证卫星固定的光照条件和轨道的长期稳定性。

基于低轨全覆盖卫星星座的反向缝建链策略

低轨卫星星座的拓扑设计是天地一体化网络部署中较为重要的一环。在低轨卫星网络中,如何设计星座拓扑来提升卫星网络的稳定性与传输性能,是亟待解决的问题。提出一种基于轨道覆盖带方法的低轨持续全覆盖卫星星座设计方法,通过该方法构建低轨卫星星座,满足覆盖性能,可有效减少卫星切换的次数。基于构建的星座拓扑,制定邻轨k最近邻星的反向缝建链策略,优化设计链路长度和链路持续时长,获取网络传输性能与稳定性的平衡。仿真结果表明:通过上述方法设计出的星座,在满足对地持续全覆盖性能的情况下,相较于轨道覆盖带方法切换次数减少10%;邻轨k最近邻星策略相较于最短建链策略,拓扑稳定性能提升79.62%,使网络拓扑稳定性与传输性能达到更优的平衡。