卫星轨道参数对LEO-LEO掩星事件数量及分布影响的模拟研究

文章对LEO-LEO卫星掩星事件的特性进行了深入讨论,通过仿真计算定量讨论了轨道参数对掩星事件次数及分布的影响.结果指出:1)对一年掩星事件数量及其纬度分布影响大的轨道参数依次是轨道倾角、轨道高度、升交点赤经和近地点角距;而这些参数对一年掩星事件的经度分布影响都不大;2)发射卫星和接收卫星倾角之间的相互关系对掩星事件数量和纬度分布影响最大,两卫星倾角接近互补时掩星事件最多,两颗LEO卫星中与90°相差较大的倾角决定了LEO-LEO掩星事件的纬度分布范围;3)发射卫星和接收卫星处于同一轨道高度时,LEO-LEO掩星事件数取得极大值,发射卫星和接收卫星都采用600 km的轨道高度,一年LEO-LEO掩星事件数最多;4)发射卫星和接收卫星升交点赤经(RAAN)的相互关系对LEO-LEO掩星事件数量影响很大,发射卫星和接收卫星升交点赤经之差为120°或240°时掩星事件数量最多,RAAN对掩星事件纬度和经度分布影响不大;5)近地点角距对掩星事件数量和分布影响都不大.该研究结果对LEO-LEO掩星探测卫星的轨道设计有一定的参考作用.

LEO-LEO微波掩星探测温度和水汽廓线研究进展

低地球轨道卫星间(LEO-LEO)微波掩星探测技术利用水汽吸收线附近信号,通过测量信号的折射和吸收作用,能够在没有辅助背景信息的情况下独立反演温度和水汽廓线,从而克服GNSS-LEO无线电掩星技术在大气中低对流层存在的“温度–水汽模糊”问题。目前,国内外还没有实现在轨的LEO-LEO掩星探测。为了促进我国LEO-LEO掩星探测技术发展,本文对LEO-LEO微波掩星探测温度和水汽廓线研究前沿及进展进行了回顾和总结。首先介绍了LEO-LEO掩星探测技术的发展历史,阐述了LEO-LEO掩星探测的基本原理和探测频点选择,重点介绍了LEO-LEO微波掩星探测温度和水汽廓线的反演技术研究动态,并介绍了LEO-LEO掩星探测任务国际进展,最后进行了总结和展望。本研究可为实现LEO-LEO掩星空间探测技术提供基本科学理论参考。

LEO-LEO掩星事件仿真研究

针对LEO-LEO掩星探测可以在不引进外界温度场的情况下,实现湿度和温度的独立反演,并成为未来掩星探测的重要发展领域,该文详细介绍了目前国外主要的LEO-LEO掩星探测计划,通过对LEO-LEO掩星事件的数量及分布进行计算机仿真,分别得出了一天和一个月当中掩星事件发生的数量及在各个经纬度区间的分布情况,并将仿真结果与欧空局的ACCURATE掩星探测计划进行了验证。结果表明:仿真结果与实际情况比较吻合,验证了模型的有效性,可以为国内LEO-LEO掩星探测计划提供一定参考。

LEO-LEO掩星大气反演技术及误差分析

本文介绍了LEO-LEO掩星大气反演算法的物理机制,基本流程及计算原理,同时模拟仿真分析了多种误差源(例如钟误差、多路径效应以及LEO卫星轨道误差等)对反演结果的影响。通过统计反演温度及湿度发现:现有的卫星钟的稳定度及LEO卫星定轨精度满足反演需求;对于多路径效应,需要抑制强振幅、低频噪音。为LEO-LEO掩星观测、数据预处理以及数据反演流程优化提供了重要的解决思路与技术。

LEO-LEO掩星事件持续时间及卫星间相对角速度仿真分析

通过对LEO-LEO掩星事件仿真,分析卫星轨道参数对掩星事件持续时间和卫星间相对角速度的影响.结果表明:对掩星事件持续时间影响较大的LEO-LEO卫星轨道参数依次为轨道倾角、升交点赤经、轨道高度,近地点角距对掩星事件持续时间影响不大;LEO-LEO卫星轨道倾角互补时,掩星事件持续时间最短,为98 s;两颗LEO卫星轨道倾角之和或者升交点赤经之差在120°-240°范围内,掩星持续时间约100~150s;两颗LEO卫星轨道越高,掩星持续时间越短;掩星发生时,LEO卫星间水平方向相对角速度最大值约为0.14(°)·s^(-1),俯仰方向相对角速度最大值约为0.078(°)·s^(-1).

卫星轨道参数对LEO-LEO掩星事件切点水平漂移影响的仿真研究

对24小时内LEO-LEO掩星事件进行仿真,分析掩星切点水平漂移的特性。研究结果表明,当卫星轨道参数满足倾角互补、升交点赤经之差为180°、卫星轨道高度接近这三个条件时,掩星切点水平漂移较小;一旦偏离这些条件,掩星切点水平漂移将会增大。文中还综合讨论了卫星轨道参数对掩星数量、分布、切点水平漂移、持续时间、相对角速度等的影响,这些分析结果对于提高LEO-LEO掩星数据反演的可靠性和卫星轨道设计具有较高的参考价值。

LEO-LEO掩星探测频点选择分析与仿真研究

LEO-LEO低轨掩星探测是高效的地球大气层探测技术,探测频率的选择是掩星探测计划的重要环节。首先,详细分析水的复介电常数与频率之间的关系,以及大气中水汽和氧气分子对电波的衰减情况,得出10~30 GHz适合作为LEO-LEO掩星的探测频段;其次,在可行探测频段范围内选择3个探测频点进行仿真研究,给出120次LEO-LEO掩星事件的温、压、湿廓线及对应的误差廓线图,并将仿真结果与标准大气模式对比:大气压力最大相对偏差为0.5%,温度最大标准偏差为0.8K,湿度最大标准偏差为0.47 g·kg^(-1),达到LEO-LEO掩星探测的精度要求;得出14.6GHz、17.4 GHz和22.6 GHz适合作为LEO-LEO掩星探测的频点,为LEO-LEO掩星探测频率的选择提供了参考。所得结论对进一步发展LEO-LEO掩星探测计划,提高大气探测精度具有重要的科学意义。

基于Chirp波形的物联信号在低轨卫星信道上的适应性分析

以远距离无线电(Long Range Radio, LoRa)体制为代表的啁啾(Chirp)波形在低功耗广覆盖的物联网(Internet of Things, IoT)技术中具有广泛的应用。针对低地球轨道(Low Earth Orbit, LEO)卫星IoT(Satellite-based IoT,SIoT)场景下,Chirp波形在LEO高动态信道上的适应性问题,在传统LoRa体制的基础上提出了一种参数可配置和可扩展的物联波形设计方法,基于ZYNQ+AD9361的软件无线电(Software Defined Radio, SDR)平台,终端侧实现了带宽(Band Width, BW)、扩频因子(Spread Factor, SF)等参数可配置、可扩展的LoRa信号调制功能,网关侧实现了接收信号时频同步以及快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform, FFT)解调算法。研究分析了LoRa调制的各项参数配置,在LEO卫星信道中的适应性;通过误比特率(Bit Error Ratio, BER)测试验证了LoRa调制的通信性能,并证明了参数可配置、可扩展的LoRa调制比传统LoRa调制,在LEO卫星信道下有更好的适应性。说明以LoRa体制为代表且基于Chirp波形的这一类物联信号在LEO SIoT场景下具有应用前景。

低轨卫星数据链体系架构及应用前景

针对传统数据链面临的数据传输距离有限、数据传输容量受限,以及中高轨道卫星数据链存在着传输损耗大、延迟高等问题,提出基于低轨(LEO)卫星通信系统的低轨卫星数据链:介绍国内外低轨卫星通信系统的发展状况;总结加快发展建设适用于数据链的低轨通信系统和在低轨卫星中放置数据链端机2种低轨卫星数据链建设方案,并提出适合低轨卫星数据链的抗干扰通信技术和低轨卫星数据链组网的时间基准、空间基准方案;最后分析低轨卫星数据链特点。结果表明低轨卫星数据链具有广阔的应用前景。

LEO支架构建crossing Y形支架辅助栓塞治疗颅内动脉分叉部宽颈动脉瘤的安全性和有效性分析

目的探讨使用LEO支架构建crossing Y形支架辅助栓塞治疗颅内动脉分叉部宽颈动脉瘤的安全性和有效性。方法收集2018-2022年陆军军医大学第一附属医院神经外科收治的336例颅内动脉分叉部宽颈动脉瘤患者的临床资料及随访影像,其中55例患者采用LEO支架构建crossing Y形支架辅助栓塞治疗。观察使用LEO支架构建crossing Y形支架辅助栓塞治疗动脉瘤的成功率、手术相关并发症、围手术期缺血和出血并发症的发生率。采用改良Rankin评分(modified Rankin scale,mRS)量表评价患者出院及临床随访时的神经功能恢复情况,使用术后即刻及随访脑血管造影Raymond分级评估栓塞效果、术后随访CTA及MRA评估有无复发。结果55例颅内动脉分叉部宽颈动脉瘤患者均成功栓塞,未见支架打开不良、支架打折等不良事件;术中支架内血栓形成1例(1.82%),迟发性缺血2例(3.64%),未见围手术期出血事件。术后即刻造影致密栓塞(RaymondⅠ级)50例(90.91%),瘤颈残留(RaymondⅡ级)3例(5.45%),RaymondⅢ级2例(3.64%)。40例患者于术后6~24个月获得影像随访,造影RaymondⅠ级38例(95%),RaymondⅡ级2例(5%);9例患者行CTA或MRA复查未见复发;术后随访动脉瘤栓塞效果较术后即刻好转。出院时mRS评分0~1分50例,2分1例,3分1例,4分2例,5分1例。获得4~24个月临床随访预后,mRS评分0~1分50例,2分2例,3分1例,4分1例,6分1例;出院时mRS评分较差患者临床随访mRS评分好转。结论使用LEO支架构建crossing Y形支架辅助栓塞治疗颅内动脉分叉部宽颈动脉瘤成功率及安全性高,复发率低,围手术期缺血事件发生率低,近期疗效可,远期疗效待进一步观察。

利用低轨道卫星间微波信号探测反演温湿廓线

通过同时测量微波信号的折射和吸收信息,低地球轨道卫星间(LEO-LEO)微波掩星探测技术能够独立反演温度和水汽廓线。通过仿真手段,首先,正演模拟了微波信号穿过大气层后由折射和吸收效应分别导致的相位延迟和振幅衰减,在此基础上,对温度、水汽和云中液态水反演廓线进行了个例分析,然后,统计分析了温度和水汽在不同纬度带的反演性能,以及云对反演精度的影响。结果表明:温度在约35 km以上存在明显正偏差,高纬度的最大,中纬度次之,低纬度最小。水汽反演误差在约4 km以下明显增大,低纬度的最大,中纬度次之,高纬度最小。有云存在时,需要去除云的吸收作用,否则温度和水汽会出现明显的正偏差。上述研究为进一步发展LEO-LEO掩星探测计划提供了理论参考依据。

3层体系结构卫星网络的性能分析

现有基于分层体系结构的卫星网络存在覆盖盲区,难以为特定地区或高纬度地区提供服务,针对该问题设计一种LEO/HEO/GEO3层卫星网络体系结构。分析3层卫星网络的对地覆盖性能,并用卫星工具箱进行仿真。结果表明,该网络可实现对我国和南纬75°～北纬90°间区域的24h完全覆盖。

低轨导航增强GNSS发展综述

低轨星座具有地面接收信号强度高、几何图形变化快的优势,能够与中高轨GNSS星座形成互补,对增强GNSS的精度、完好性、连续性和可用性具有显著优势,已成为当前卫星导航领域的关注热点。本文首先简要介绍了现有的GNSS增强系统;总结了国内外低轨导航增强星座发展现状;针对低轨导航增强,对比分析了高中低轨导航星座的优缺点;重点讨论了低轨导航增强在联合定轨、快速精密定位、空间天气监测和室内定位等方面带来的机遇;分析指出了低轨导航增强的空间段、地面段和用户段所面临的挑战。

低轨卫星互联网体系和技术体制研究发展路线思考

为更好地引导卫星通信业界和地面移动业界融合研究低轨卫星互联网技术路线,推动工程建设进程,针对目前存在的低轨卫星互联网概念理解不统一、名词术语不统一、技术体系发展和技术体制研究发展路线争论激烈的情况,通过对国内外典型系统进行梳理,对技术体系发展路线和技术体制研究路线进行了分析。提出了适合低轨卫星互联网技术体制研究的方法、评判体制优劣的原则和方法,得出了多条技术路线会趋同的基本判断。

低轨星座组网及地面IP路由技术适应性分析

随着天地一体化信息网络重大项目天基接入网、星网低轨星座系统的推进,如何解决星间互联低轨星座路由问题,已提到工程可实现的紧迫程度。深入研究低轨星座的高动态特点,分析地面IP路由技术的适应性,是研究思路之一,给出相关分析过程及结论,可为星间互联低轨星座系统路由解决方案的确定提供重要依据和支撑。

面向广域海洋覆盖的密集低轨卫星星座

针对广域海洋和陆地复杂、异构的通信环境,为了同时满足海洋和陆地区域用户的数据传输容量和网络覆盖需求,对密集低轨卫星网络进行了研究。利用随机几何和概率论、排队论的方法,对不同数据流量下密集低轨卫星网络提供的平均回程容量进行了分析。提出了海陆密集低轨卫星星座部署方案,在考虑海洋和陆地差异化的传输覆盖需求和卫星移动性的基础上,最小化了星座部署所需要的卫星数量。对网络覆盖需求、数据流量、地面站分布密度、地面站最小仰角、卫星轨道数量带来的星座设计上的影响进行了仿真,给出了最优的地面站仰角和卫星轨道部署方案。

低轨大规模星座环境治理法律需求研究

近年来,随着卫星星座的蓬勃发展,低轨区域卫星数量呈现爆发式增长,由于低轨区域同时是空间碎片分布最密集的高度,卫星所面临的碰撞风险大幅升高,空间环境治理需求愈发迫切。文章从现有的国际空间法中提炼符合低轨卫星星座发展要求的环境保护规则,据此分析低轨卫星可能遇到的轨道维护、核动力源安全、空间碎片碰撞、卫星之间碰撞等问题,提出建立主动移除空间碎片责任机制,加强对空间环境及航天器运行状况的监测并积极进行信息共享等建议。

低轨卫星物联网的发展现状及面临的挑战

针对物联网的万物互联需求,研究了利用低轨卫星通信网建立物联网的发展背景,分析了低轨卫星物联网的国内外发展现状,重点阐述了低轨卫星物联网面临的技术挑战和需关注的研究内容。

低轨卫星物联网数据传输流程设计

低轨卫星物联网是解决全球物联网无缝覆盖的唯一手段,但由于低轨卫星通信信道的特殊性,尤其是在低轨卫星通信过程中动态的星际链路造成不连续性等问题导致现有地面物联网协议并不能简单地应用到低轨卫星物联网中,必须要对现有地面物联网协议进行修改才能满足低轨卫星物联网的应用环境,因此,提出了基于窄带物联网的分段式低轨卫星物联网数据传输流程。该流程采用分段的方式,将终端与基站之间的数据传输与卫星数据下发信关站进入核心网的数据传输过程作为两段,在信关站中设立数据处理网关模拟终端与基站之间的信令交互,从而减少链路不连续造成的时延大的问题。仿真验证了改进后数据传输流程在低轨卫星物联网坏境下的适用性以及在吞吐量、丢包率和传输时延上的改进。

一种低轨卫星星座增强北斗精密单点定位的算法

选取BDS与120颗LEO卫星系统,采用STK仿真卫星星座及观测数据,利用仿真数据对比BDS单系统与BDS+LEO系统的精密单点定位差异。以BJFS站为例,分析LEO星座对BDS精密单点定位的增强作用。结果表明:与BDS单系统相比,BDS+LEO系统可见卫星数均值从17.1提升至27.2,GDOP值均值从1.32下降至0.92;LEO增强BDS后,观测值的关联性大大降低,收敛速度提升一个数量级,LEO卫星轨道误差0.10 m/0.15 m/0.20 m相对的BDS+LEO精密单点定位平均收敛时间分别为3.6 min/3.9 min/4.5 min。