基于QoS保障的低轨卫星星座设计

低轨卫星星座设计是部署低轨卫星网络的前提和关键。然而,不均匀的地面用户分布和不合理的卫星资源配置对卫星网络的服务质量提出了重大挑战。针对以上问题,通过构建服务质量(QoS)指标体系,提出了一种基于QoS保障的低轨卫星星座设计方法。首先,建立了低轨卫星网络模型和星座覆盖模型,通过星间链路的建链准则来定义星座抗毁性指标。其次,通过建立用户链路以及定义用户匹配度来分析星座对目标区域用户的资源匹配情况。接着,建立了以QoS指标为约束最大化效费比的低轨卫星星座设计优化问题,定义的QoS指标包括信噪比、误码率、抗毁性以及星座覆盖率和用户匹配度。此外,通过遗传禁忌智能算法求得了所设计的低轨卫星星座的轨道参数。仿真结果表明,提出的低轨卫星星座设计方案在满足指定QoS约束的同时具有最大星座效费比。

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。

基于STK的双层卫星星座设计及仿真

轨道与星座的设计是整个卫星通信系统设计的基础,合理的轨道设计与星座配置方案可以显著提高系统的整体性能。结合GEO卫星处理能力强,LEO卫星星地时延小的特点,以提供全球实时接入为目标,提出了一种由LEO卫星提供全球覆盖的GEO/LEO双层卫星网络星座设计方案。运用卫星覆盖带分析方法,确定由48颗LEO卫星完成全球覆盖。通过在STK仿真环境下进行计算机仿真验证,得到所设计的卫星星座可完成全天时全球覆盖。

低轨导航增强卫星星座设计

针对目前全球低轨卫星快速发展的现状,对低轨导航增强卫星星座设计方法进行了详细的研究。首先推导了轨道高度与可视球冠的关系,结合太空垃圾分布,从覆盖范围、经济性及碰撞风险几方面联合确定了轨道高度。然后推导了用户仰角与轨道倾角的关系,分析了实现南北极点覆盖的轨道倾角。接着结合铱星星座,推导出单一星座构型无法实现全球范围内均匀的可见星和精度衰减因子(Dilution of Precision,DOP)值分布。最后提出了一种组合低轨卫星星座设计方法。结果表明,该方法设计的组合星座在实现全球覆盖的同时,能够实现可见星数量与DOP值在全球范围内的均匀分布。

近地轨道卫星星座设计时的轨道模型

首先给出考虑Ｊ２摄动项时近地轨道卫星的轨道模型、星下点计算方法和覆盖判断准则，在此基础上给出一种近地回归轨道的迭代设计方法。在区域间断覆盖星座设计时常常选用每天运行１２、１３、１４、１５圈的近地圆回归轨道，因而最后列出了这４种回归轨道的轨道高度和倾角。

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。

中国低轨移动卫星通信系统星座设计

本文研究低轨移动卫星通信系统设计中的一个基本问题──星座设计问题，并给出了我国低圆轨道移动卫星通信系统的星座设计方案。该星座是以三个轨道平面组成的２４颗星系统，它的高度为１３２６ｋｍ。轨道参数由本文提出的优化算法进行设计。本文用统计的方法对我国低轨系统方案和Ｇｌｏｂａｌｓｔａｒ系统（２４颗星方案）的覆盖性能进行分析比较，结果表明本文提出的系统对我国的覆盖特性优于Ｇｌｏｂａｌｓｔａｒ系统。本文还对圆轨道卫星通信系统星座设计中有关轨道高度选择，覆盖中断情况分析等方面进行了研究。

低地轨道小卫星星座优化问题研究

以低地轨道小卫星星座为研究对象 ,着重从星座覆盖性能考虑出发 ,详细阐述了局部覆盖小卫星星座优化设计的一般方法与思路。针对某一类型任务对两轨道面和三轨道面星座进行了优化设计 ,阐述了在一定约束条件下星座优化设计的关键因素以及不同轨道面数目下星座优化的潜力和特点 ,并进行了仿真分析。

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。

降维分析与中低轨预警星座设计

中低轨天基红外星座是一种新型的能对自由段目标进行跟踪的导弹预警星座,基于深空背景的空域覆盖性能是表征其对自由段目标跟踪能力的重要指标。文中分析了星座基于深空背景的空域覆盖性能的特点和规律;在此基础之上提出一种对导弹预警任务针对性很强的降维研究方法,得到单星全空域覆盖环的概念;并将降维法应用于空域连续覆盖星座设计,提出了单轨道全空域连续覆盖带的概念;还对降维法在非连续覆盖星座设计当中的应用进行了初步探索。

一种间隔重访的低轨星座设计方法

在低轨电子侦察、遥感卫星领域,针对非连续覆盖条件下的星座优化设计问题,提出了一种间隔重访的低轨星座设计方法。通过改进极轨覆盖带设计方法,将对地覆盖区域等效为矩形;以对地目标的平均重访间隔时间为输入,从同轨卫星间和相邻轨道面间两方面分析,得到近似最优的星座参数。通过STK仿真验证,设计的星座可满足重访间隔时间要求。

区域覆盖低轨卫星移动通信系统星座优化设计

针对区域覆盖低轨卫星移动通信系统星座,提出了一种改进遗传算法(GA)的优化设计。根据改进的区域覆盖星座模型,采用可变维数优化的整数与实数混合的染色体编码。给出了算法步骤。某区域覆盖低轨卫星移动通信系统星座优化设计算例结果显示了该算法的有效性。

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。

遥感卫星随遇接入互联网星座和在轨智能处理

低轨互联网星座是当前全球研究和发展的热点,互联网星座支持随遇接入遥感卫星和信息在轨直接处理的应用前景备受期待,但由于轨道高度不同会产生双向高动态异构星座的接入互联问题。首先,通过设定低轨卫星互联网星座在不同轨道特性、不同卫星数量情况下的随遇接入仿真场景,重点探讨了时空非连续可视性和多普勒频移问题对遥感卫星接入性能的影响;其次,基于遥感卫星随遇接入互联网星座场景的特点,分析了不同时延性在轨处理任务的流程及其星地功能分配;最后,对当前在轨智能处理算法存在的问题和未来研究重点进行阐述,为未来低轨互联网星座及遥感卫星的发展和联合组网应用提供可靠的理论支撑。

低轨巨型星座构型设计与控制研究进展与展望

近年来低轨星座计划发展迅速,低轨巨型星座已成为全球争夺空间战略资源的“新战场”。首先,概述了Telesat、OneWeb、Starlink等低轨巨型星座计划的发展现状,以及中国互联网星座计划的基本情况。在此基础上,分别从星座的任务需求、覆盖特性、摄动补偿和备份策略4个方面,综述了星座的构型设计方法及其特点。然后,根据卫星从发射入轨到离轨整个星座构型的控制流程,梳理了低轨巨型卫星星座的初始化控制、保持控制、重构控制,以及卫星的碰撞规避控制和离轨控制的方法和特点。最后,对未来低轨巨型星座构型设计和构型控制技术的研究方向进行了展望。

基于Petri网的低轨星座空间覆盖属性分析

针对低轨(low earth orbit,LEO)星座系统的空间覆盖性能,提出应用着色Petri网(colored Petri net,CPN)建模仿真分析星座对目标空间覆盖属性的方法。通过低轨探测星座系统的三层CPN建模和仿真,分析整体星座的逻辑结构特性和多星动态协同事件操作流程及操作事件的因果/并发时序关系,创建了一种LEO探测卫星对任意时间、任意地点和任意弹道的空间目标覆盖属性研究途径,以获得星座对任意来袭目标的最优探测操作流程。

一种低轨成像卫星星座覆盖性能快速统计模型

针对传统星座覆盖性能统计在低轨星座设计中方法计算量大、计算速度慢的问题,设计了一种基于二维图理论的新的低轨成像星座覆盖性能统计模型。首先提出了一种二维图理论,分析了卫星和目标点在天球面的相对几何关系,建立了二维图的解析数学模型。其次讨论了卫星对二维图的覆盖条件,并进一步研究了卫星单次经过纬线时的覆盖范围模型和算法。通过将目标区域划分成纬度条带,研究了星座对单个纬度条带的覆盖性能的统计原理和方法,并建立了整个目标区域的覆盖性能模型和流程。最后通过实例对比分析了传统统计模型和该算法模型的时间复杂度,验证了上述方法结果的精度。