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高中低轨导航星座混合体制星间链路规划

中国空间科学技术 2022年第4期42卷 19-26页

作者：田露马冬青孙剑伟李骏平中国电子科技集团公司第十五研究所北京100083

针对北斗系统加入低轨增强星座后的高中低混合星座特点,为了满足下一代导航星座主要的星间链路业务需求,提出了一种分级规划的混合星座星间链路规划方案。优先为激光星间链路的MEO、LEO、MEO-LEO建立拓扑,基于此拓扑提出了时分体制的分... 详细信息

针对北斗系统加入低轨增强星座后的高中低混合星座特点,为了满足下一代导航星座主要的星间链路业务需求,提出了一种分级规划的混合星座星间链路规划方案。优先为激光星间链路的MEO、LEO、MEO-LEO建立拓扑,基于此拓扑提出了时分体制的分组拓扑规划算法。针对导航星座高中低速混合星间网络不同体制的路由提出了2种不同的改进路由算法,并对混合体制星间链路进行了仿真和规划。对规划结果进行了统计分析,验证了混合网络规划方法的正确性和混合网络在低轨监测数据回传、层间数据传输、导航信息上注3个典型导航业务场景的数据传输效能。低轨监测数据回传和连续体制节点导航信息上注时延均在1 s之内,在94%的时间里有5~8条层间星间链路,时分体制节点在92%的时间里可以在12 s内完成上行注入,为下一代导航系统规划设计提供参考建议。

关键词：导航星座低轨增强激光星间链路拓扑规划路由算法

导航星座激光/微波星间链路协同网络拓扑与路由研究

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导航星座激光/微波星间链路协同网络拓扑与路由研究

作者：王呈倬国防科技大学

学位级别：硕士

星间链路是现代化全球导航卫星系统的重要组成部分。全球卫星导航系统广泛的覆盖性和微波并发时分星间链路体制便捷的通信和组网能力使得北斗卫星导航系统的星间链路网络被赋予了更加丰富的职能。在此背景下需要建设性能更加强大的卫星... 详细信息

星间链路是现代化全球导航卫星系统的重要组成部分。全球卫星导航系统广泛的覆盖性和微波并发时分星间链路体制便捷的通信和组网能力使得北斗卫星导航系统的星间链路网络被赋予了更加丰富的职能。在此背景下需要建设性能更加强大的卫星网络。高速率、高测量精度的激光星间链路是建设网络通信性能更加强大的导航星座卫星网络的理想选择之一。但是现阶段激光星间链路无法完全取代微波星间链路,激光星间链路和微波星间链路需要协同组网。激光星间链路相较于微波星间链路有着截然不同的特点,本文以激光星间链路和微波星间链路两种链路协同组网工作构成的协同网络为研究对象,对其组网的网络拓扑及路由方法开展了研究,研究工作主要包括了以下几个方面:(1)分析了微波并发时分星间链路体制的组网特性和网络传输性能上面临的挑战,分析了激光星间链路的优势和组网特性,在此基础上设计了协同网络高效传输的体系结构。计算了在现有北斗三号卫星导航星座上满足全球覆盖和我国及我国周边地区多重覆盖性能的激光卫星配置方案。(2)针对协同网络激光链路传输为主及微波链路接入为主的传输特点,分别提出了激光网络的拓扑设计方法和微波星间链路的时隙排布方法。在对协同网络中激光网络拓扑的设计上,提高其作为骨干网的传输性能。以流量负载下的网络传输时延为优化目标,采用模拟退火算法优化了激光星间链路的网络连接关系,算法能很好的解决不同规模激光星间链路构成的网络下的网络拓扑设计问题。在对协同网络中微波星间链路时隙排布方法的设计上,提高其接入激光网络的能力。针对激光星间链路卫星数量较少时,微波星间链路卫星接入骨干网络时隙资源有限的问题,基于最佳匹配Kuhn-Munkres算法本文设计了时隙排布方法。本文设计的方法能充分地利用接入时隙的资源,提高通信性能,还兼顾了星间测量的性能。(3)针对协同网络时变链路和非时变链路协同组网的特点,对协同网络的通信时延进行了建模,基于传统网络中的Dijkstra最短路径路由算法设计了北斗星间链路协同网络下的最短时延路由算法。(4)最后基于OPNET仿真软件搭建了协同网络仿真场景,对本文的设计内容进行了验证。结果表明加入激光星间链路后北斗卫星导航系统星间链路网络性能得到明显的提高,协同网络有着较好的传输性能。

关键词：星间链路卫星网络拓扑设计路由算法导航星座时隙排布

导航星座星间链路收发信机时延测量与标校技术研究

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导航星座星间链路收发信机时延测量与标校技术研究

作者：徐志乾国防科学技术大学

学位级别：硕士

导航星座通过星间链路双向测距来完成精密定轨和时间同步。收发信机设备时延零值的变化和通带内群时延的波动直接影响到星间双向测距的精度。因此,收发信机时延的精确测量与标校对于提高星间链路信号测量精度、实现导航星座高精度定轨... 详细信息

导航星座通过星间链路双向测距来完成精密定轨和时间同步。收发信机设备时延零值的变化和通带内群时延的波动直接影响到星间双向测距的精度。因此,收发信机时延的精确测量与标校对于提高星间链路信号测量精度、实现导航星座高精度定轨与时间同步具有重要意义。本文以导航卫星星间精密测距和通信技术课题为背景,对星间链路收发信机时延测量与标校技术展开研究,主要内容包括: (1)在详细阐述时延的基本概念和估计模型的基础上,对星间链路收发信机信道各个组成部分的时延特性及影响因素进行深入分析。具体分析了数字基带和射频通道的时延特性,并对信号传输线和模拟滤波器的参数变化对收发信机时延特性的影响进行了仿真分析。 (2)对收发信机时延测量的方法和时延标校技术进行研究。分别阐述了基于矢量网络分析仪的静态测量方法和基于扩频调制技术的动态测量方法的测量原理和测量方案。基于星间双单向测量的原理,分析了时延零值波动对星间相对测量误差的影响,通过对卫星双向时频传递中时延零值校正方法的分析和借鉴,提出了收发信机时延零值闭环自校方案。 (3)通过实验测试对收发信机的时延特性指标进行了验证。通过对测试结果进行处理分析,得出被测收发信机射频通道的中频时延零值稳定度优于0.3ns,群时延平坦度优于2ns。验证了收发信机时延指标的合理性。本文针对星间链路收发信机信道的时延特性,对各种时延测量方法进行对比分析,提出了时延零值的闭环自校方案,测试验证了收发信机的时延指标,对实现收发信机时延实时、在线、精确测量和标校,提高星间精密测距和时间同步精度具有积极推动作用。

关键词：导航星座星间链路收发信机时延测量标校

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导航星座星间链路设计研究

导航星座星间链路设计研究

作者：孙娟南京航空航天大学

学位级别：硕士

导航卫星的星间链路技术是提高导航卫星星座系统生存能力的一个重要方面,卫星的不断运动会使卫星之间的链路距离不断发生变化,从而导致卫星可见性的变化,这对星间链路的选择带来了一定的挑战。本文旨在建立和完善导航卫星星座星间... 详细信息

导航卫星的星间链路技术是提高导航卫星星座系统生存能力的一个重要方面,卫星的不断运动会使卫星之间的链路距离不断发生变化,从而导致卫星可见性的变化,这对星间链路的选择带来了一定的挑战。本文旨在建立和完善导航卫星星座星间链路的体系,研究具有同轨及异轨星间链路的星座网络,根据星座结构设计合理的链路方案,用较短的时延和较小的切换建立星座的星间链路用于测距和通信,对星间链路的理论和方法进行仿真分析,最终实现导航卫星间的互通互联,组成星间信息网,保证导航星座的全连通。主要的研究工作如下: 1、系统研究了导航星座星间链路的基础理论,对星间链路的频段选择作了说明,并介绍了星间链路的分类以及构建星间链路的条件和方法。 2、针对分布式处理和集中式处理两种信息处理方式的特点,本文选取了集中式处理方式,在星座中选取一颗卫星作为主星。主星具有处理数据的能力,计算工作量大,从星负责转发和测距。 3、分析了最短路径算法和K短路径算法这两种链路选择方案各自存在的优缺点,提出了链路优化方案。 4、以GPS星座中的卫星作为星间链路的仿真对象,并以IGS精密星历作为仿真数据,用Matlab语言仿真验证本文所提方案具有时延和切换都较小的优点,评估链路维持时间等性能,并对三种方案进行比较,证明链路优化方案的可行性。 5、对导航卫星天线的多波束情况进行了分析,研究了星间链路的可用性,用三种方案对三波束、四波束、五波束和六波束天线情况进行了仿真。

关键词：导航星座星间链路星座网络链路算法天线波束

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考虑波束限制的改进导航星座星间链路方案

中国科学：物理学、力学、天文学 2011年第5期41卷 575-580页

作者：周建华杨龙徐波谢廷峰北京环球信息应用开发中心北京100094 南京航空航天大学南京210016

导航卫星星座系统由于卫星间的相对运动使卫星的相互可见关系不断变化,这给链路选择带来了挑战.本文研究具有同轨及异轨星间链路的导航星座网络,综合考虑星间链路状态,通过比较最短路径方案和K短路径方案,提出了一种考虑波束限制的适用... 详细信息

导航卫星星座系统由于卫星间的相对运动使卫星的相互可见关系不断变化,这给链路选择带来了挑战.本文研究具有同轨及异轨星间链路的导航星座网络,综合考虑星间链路状态,通过比较最短路径方案和K短路径方案,提出了一种考虑波束限制的适用于导航卫星星座的星间链路优化方案,并进行仿真研究,最后得出了有用的结果.

关键词：导航星座星间链路星座网络路由算法波束限制

基于X射线脉冲星和星间链路的导航星座自主导航仿真研究

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航天控制 2014年第5期32卷 52-58页

作者：梁晓朋王朝晖彭孔阳装备学院北京101416

主要对基于X射线脉冲星和对基于星间链路的导航星座自主导航方法进行了仿真研究。同时提出了基于2种导航方法相融合的新方法,仿真研究证明两者融合的导航方法有效提高了位置估计精度,为导航星座自主导航研究提供了一种新的思路和实现途径。

关键词： X射线脉冲星星间链路导航星座自主导航仿真

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关于导航星座URE计算方法的讨论

测绘科学 2014年第11期39卷 3-5页

作者：苏天祥文援兰符京扬国防科技大学航天与材料工程学院 61892部队 61081部队

URE(User Range Error)通常作为导航星座的用户伪距精度的一个重要指标,用来评价导航星座定位的精度。文章对URE的意义进行了详细解释,采用加权思想推导了导航卫星单星及导航星座URE计算模型,最后通过仿真手段对URE计算进行了仿真验证。

关键词：导航星座 URE模型加权计算

一种基于伪逆平差理论的导航星座整网定轨方法

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大地测量与地球动力学 2016年第6期36卷 544-547,560页

作者：谢友方王玲黄文德湖南大学电气与信息工程学院长沙市麓山南路218号 410082 国防科技大学机电工程与自动化学院长沙市三一大道 410073

针对分布式单星自主定轨存在的次优解及滤波易发散等问题,结合整网伪逆平差理论和航天器轨道动力学定轨理论,提出一种导航星座整网自主定轨方法。讨论卫星网与大地自由网平差方法的区别,结合伪逆平差和卫星动力学定轨方法,建立导航星座... 详细信息

针对分布式单星自主定轨存在的次优解及滤波易发散等问题,结合整网伪逆平差理论和航天器轨道动力学定轨理论,提出一种导航星座整网自主定轨方法。讨论卫星网与大地自由网平差方法的区别,结合伪逆平差和卫星动力学定轨方法,建立导航星座整网自主定轨方法,并给出整网定轨基本流程,最后以典型Walker星座为例进行整网自主定轨仿真验证。结果表明,在初始位置误差1m、星间测量噪声0.1m、不考虑钟差的条件下,星座自主运行5d,每颗卫星的定轨误差均小于0.8m,星座平均定轨误差小于0.5m,验证了该方法的有效性。

关键词：导航星座自主定轨整网平差星间测量伪逆

IGS站的几何结构与数量对GPS导航星座精密轨道确定的影响分析

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大地测量与地球动力学 2012年第2期32卷 47-50页

作者：肖长伟袁运斌盛传贞王永乾董丽娜中科院测量与地球物理研究所武汉430077 中国地震局地质研究所北京100029

基于2008年年积日87—95天的不同几何结构和数量的IGS站的观测数据,分别解算GPS导航星座的一天解、三天解和七天解。通过与IGS发布的精密轨道做比较,结果表明,利用结构优化后的40个IGS站的观测数据解算GPS导航星座的一天解、三天解和七... 详细信息

基于2008年年积日87—95天的不同几何结构和数量的IGS站的观测数据,分别解算GPS导航星座的一天解、三天解和七天解。通过与IGS发布的精密轨道做比较,结果表明,利用结构优化后的40个IGS站的观测数据解算GPS导航星座的一天解、三天解和七天解,其精度分别能达到4.9、3.6和3.4 cm,但IGS站达到一定数量之后,GPS导航星座轨道精度不会随着观测站数量的增加而显著提高,反而使解算的时间增长;固定IGS站的数量之后,IGS站的几何结构是影响轨道精度的关键因素。

关键词： GPS 导航星座精密轨道几何结构 IGS站