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低轨通信星座星间链路特点研究

无线电工程 2023年第9期53卷 2196-2202页

作者：王立民安绍毅覃智祥中国电科网络通信研究院河北石家庄050081 中国电子科技集团公司第三十四研究所广西桂林541004

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... 详细信息

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。

关键词：低轨通信星座星间链路反向缝星座参数优化

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低轨通信星座可用性分析及备份策略

低轨通信星座可用性分析及备份策略

作者：秦晓彤哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

低轨大规模通信星座由于具有低时延、生产快、利润高等优势,目前已经成为了航天以及通信领域的重要应用。而由于卫星数量众多,卫星的失效情况也屡见不鲜,短期失效的卫星尚可以进行修复,而长期失效的卫星则需要对其进行替换。因此,需要... 详细信息

低轨大规模通信星座由于具有低时延、生产快、利润高等优势,目前已经成为了航天以及通信领域的重要应用。而由于卫星数量众多,卫星的失效情况也屡见不鲜,短期失效的卫星尚可以进行修复,而长期失效的卫星则需要对其进行替换。因此,需要提前对星座做出备份策略以应对各种失效情况。常规备份策略包括在轨备份、停泊轨道备份以及地面备份三种,其中在轨备份由于其响应速度快的优势,常用于各类星座,而对于可用性要求不高的通信星座而言,停泊轨道备份在保证了响应速度的同时更加具有经济性。考虑到不同备份策略具有不同的优缺点,本文主要针对停泊轨道备份及在轨备份两种备份策略进行了研究。首先,本文提出了一种基于二维图像法求解Walker星座对地覆盖性能的快速求解方法。通过将卫星的升交点赤径和纬度辐角映射在二维图上,选择覆盖情况发生重复的最小单元,通过可见范围平移覆盖单元内所有临近卫星,求得星座在该纬度下的不同重数覆盖百分比,从而得到星座的完整覆盖情况。该方法利用了Walker星座的构型特点和运动的周期性,简化了覆盖性能的求解步骤,避免了过多的重复计算,在保证计算精度的同时提高了覆盖性能的求解效率。该方法对通信星座的服务可用性计算提供了有效的支持。然后,本文提出了一种基于粒子群优化(PSO)算法求解多脉冲异面交会轨道的方法。该算法处理的任务目标为,给定初始时刻停泊轨道备份卫星和失效卫星的空间位置和速度,要求在给定时间内完成轨道交会。该算法利用了Lambert算法处理最后两个脉冲以满足轨道交会约束,在这个过程中航天器轨道的变化以脉冲的大小和脉冲的作用时刻作为独立变量,在优化过程中以燃料消耗作为优化目标,基于粒子群优化(PSO)算法求解得到燃料最优交会轨道。该方法相较于传统方法更省燃料,也更易于工程实现,为停泊轨道备份策略中轨道交会计算提供了有效的支持。最后,本文研究了低轨通信星座针对不同可用性模型下的最优备份策略求解方法。本文基于Markov状态转移模型给出了单颗卫星和整体星座的状态失效模型,并提出了基于卫星正常工作时间占比的星座SIS层可用性模型。针对通信星座对地覆盖的要求,本文通过基于二维图的星座覆盖性能求解方法,提出了基于星座覆盖性能的服务层可用性模型。针对这两种模型,本文提出了最优在轨备份策略和最优停泊轨道备份策略的求解方法,综合考虑了不同备份策略对星座可用性的提升情况及该策略的经济性得到最优策略。

关键词：低轨通信星座可用性异面轨道转移备份策略

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面向低轨通信星座的导航定位方法比对研究

信号处理 2023年第3期39卷 428-438页

作者：陈静茹胡雨昕刘玥雷鸣徐颖陈佳佳袁超中国科学院空天信息创新研究院北京100094 中国科学院大学电子电气与通信工程学院北京100049 空中交通管理系统与技术国家重点实验室江苏南京210006 宿迁学院信息工程学院江苏宿迁223800

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... 详细信息

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。

关键词：低轨通信星座弱时空基准导航定位服务

商业低轨通信星座纳入国家综合PNT体系的可行性分析

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导航定位学报 2022年第2期10卷 26-36页

作者：张雨露范磊刘江梅李桢北京航空航天大学电子信息工程学院北京100191 卫星导航与移动通信融合技术工信部重点实验室北京100191 云南省测绘工程院昆明650033

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... 详细信息

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。

关键词：国家综合定位导航授时体系低轨通信星座服务架构天基信息源通导一体化

天地一体化信息网络低轨移动及宽带通信星座发展设想

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电信科学 2017年第12期33卷 43-52页

作者：孙晨华肖永伟赵伟松周坡中国电子科技集团公司第五十四研究所河北石家庄050081

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... 详细信息

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。

关键词：低轨通信星座卫星移动通信卫星互联网星座

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典型低轨通信星座系统的确定性干扰分析

数字通信世界 2020年第9期 60-62页

作者：韩锐张磊刘珊杉国家无线电监测中心北京100037

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... 详细信息

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。

关键词：低轨通信星座干扰分析

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低轨通信卫星星座的建设与构想

计算机与网络 2020年第17期46卷 70-73页

作者：张有志海军装备部装备项目管理中心北京100071

随着航天产业的发展,基于低轨星座的通信、导航、遥感等方面的应用规划方案日益增多,尤其是通信卫星星座的建设炙手可热,而我国由于受限于特殊国情和国际政治环境等因素,在低轨通信卫星星座方面发展缓慢。鉴于此,在对比和总结国外各类... 详细信息

随着航天产业的发展,基于低轨星座的通信、导航、遥感等方面的应用规划方案日益增多,尤其是通信卫星星座的建设炙手可热,而我国由于受限于特殊国情和国际政治环境等因素,在低轨通信卫星星座方面发展缓慢。鉴于此,在对比和总结国外各类低轨通信卫星星座的构成和发展演进情况基础上,提出了低轨通信卫星星座系统的建设和发展方向建议,并对星座建设过程中可能存在的一些问题进行了简要论述。

关键词：低轨通信星座星座建设多功能融合天地一体化

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天基信息实时智能服务系统仿真评估研究

中国工程科学 2020年第2期22卷 153-160页

作者：江昊李德仁沈欣吴静地球空间信息技术协同创新中心武汉430079 武汉大学电子信息学院武汉430072 武汉大学测绘遥感信息工程国家重点实验室武汉430079

天基信息实时智能服务系统(PNTRC)是多星协同、多网互联的下一代天基信息系统,将广泛应用在卫星通信、导航、遥感等领域。本文针对PNTRC建模仿真和效能评估展开研究,分析了系统评估仿真的必要性、需求以及发展趋势,进而支撑PNTRC顶层设... 详细信息

天基信息实时智能服务系统(PNTRC)是多星协同、多网互联的下一代天基信息系统,将广泛应用在卫星通信、导航、遥感等领域。本文针对PNTRC建模仿真和效能评估展开研究,分析了系统评估仿真的必要性、需求以及发展趋势,进而支撑PNTRC顶层设计和实施方案论证。针对PNTRC动态时变、业务多样、异质异构的特性,对场景可扩展的高效分布式仿真、时空动态分析评估方法、系统体系化建模等关键技术展开详细讨论。基于分布式仿真评估系统,以高分辨率对地遥感业务为例,对比和评估了多个低轨通信星座对遥感业务的传输支持能力。研究结果表明,在遥感业务数据传输过程中,覆盖密集的OneWeb星座卫星具有更小的网络时延、丢包以及更高的容量和稳定性,但单星容量反而不及覆盖密度较小的"虹云""鸿雁"星座。本文研究为我国PNTRC可行性论证与工程建设提供了方法和技术手段支撑。

关键词：天基信息实时服务仿真评估低轨通信星座