中继卫星与用户航天器之间星间链路的研究

中继卫星在地球同步静止轨道上运行,既能直视中低轨道用户航天器,又能直视地面站,是沟通用户航天器与地面站的桥梁。如果考虑中继卫星星座,则中低轨道用户航天器基本上在中继卫星星座的覆盖范围内,因此只考虑单颗中继卫星与用户航天器之间的星间链路情形。中继卫星与中低轨道用户航天器之间的星间链路可以用中继卫星与用户航天器之间的时间窗口个数、平均时间窗口长度、最大和最小的时间窗口长度等参数描述。利用STK,采用模拟仿真的方法,分析了中继卫星与用户航天器之间的星间链路特性。     

卫星组网可视化仿真系统设计与实现

卫星组网是满足未来空间通信需求的有效方式,为实现空间卫星组网的可视化,设计了一种卫星组网可视化仿真系统;系统由星座设计分系统、星座覆盖性能分析分系统、数据处理分系统和可视化分系统组成;在组网过程中,首先在星座设计分系统中设置星座的参数,根据轨道参数模型计算出星座中每颗卫星的轨道参数,并将计算结果输出给星座覆盖性能分析分系统,完成对纬度、区域和全球覆盖效果的分析、评估和显示;仿真结果表明:系统能够对卫星组网进行实时计算和显示,计算精度比STK仿真软件提高12%,系统运行稳定,界面良好。     

基于Web的资源卫星覆盖查询设计与仿真

卫星覆盖是卫星应用中最主要的环节之一,它将决定卫星的最终服务范围.根据卫星和地球间的关系可以将卫星分为两类:静止星和动态星;静止星的覆盖范围理论上足个常量,动态星的覆盖范围随着时间而动态地改变.为了方便用户实时查询过境的动态卫星,提到一种基于网络的卫星覆盖查询系统.根据卫星类别分别提出了两种传感器覆盖模型,并简单描述了网络访问的实现方式,从而实现了对卫星覆盖的动态仿真.为了验证仿真结果的有效性,将其结果和卫星软件STK覆盖模块仿真结果进行了比较,整体得到了较好的仿真效果.     

基于星间链路技术的GEO卫星定轨精度分析

地球静止轨道(GEO)卫星具有对地静止的特性,GEO 卫星应用日益增多,在高分辨率对地观测、气象、通信等领域都发挥着越来越重要的作用,对其轨道确定的需求也越来越高,研究GEO卫星的高精度定轨技术迫在眉睫。传统方法中利用地面站对GEO卫星实现实时自主定轨存在系统误差大、观测几何差等问题,导致星地测量的误差在定轨过程中被放大的倍数急剧增加,影响了GEO卫星定轨精度的提高。利用GPS卫星实现对GEO卫星的定轨时存在可见GPS卫星数量少,接收到的信号微弱,测量精度不够的问题。星间链路具有对GEO卫星观测几何好、测量精度高的优点,为GEO卫星定轨开辟了新思路。针对在星间链路资源有限情况下如何选择MEO卫星组合与GEO卫星进行建链的问题,以星间链路构型的PDOP值为优化指标,对MEO卫星对PDOP值的影响进行了分析,提出了遍历选星、直接选星、迭代选星三种链路资源配置策略,确定与GEO卫星进行建链观测的MEO卫星组合,并用仿真方法对三种算法进行验证,结果表明,提出的迭代选星的链路资源配置策略,能将GEO卫星的定轨精度维持在7~40m以内,同时将星间链路的使用效率提高5~120倍。     

基于电推系统的GEO卫星转移轨道段可测控性优化设计

基于电推系统的地球同步轨道(GEO)卫星需要利用霍尔推进器使其从地球同步转移轨道(GTO)推到GEO轨道,整个变轨时间段长达数月。在整个变轨过程中卫星具有姿态无法保持对地的特点,该特点将会减少卫星可测控时长。针对变轨段卫星姿态不确定减少可测控时长的问题,提出了一种在已有的轨道和姿态条件下,使用梯度下降算法寻找测控天线最优布局的方法,目的是使卫星获得最长的总可测控覆盖时长以及对中继星最长的可测控时长。结果显示通过改动天线布局可以显著地提升对地以及对中继星可测控覆盖时长,同时也能提升转移轨道关键时段对中继星可测控覆盖时长。与为天线增加转台与控制系统这类传统方法相比,该方法可以在不增加成本和质量的前提下,在一定程度上改善了电推卫星的可见性时长,对全电推卫星测控有指导意义。     

当前跟踪与数据中继卫星系统发展状况研究

中继卫星系统结构复杂，技术含量谪，建设周期长，耗资巨大，因此充分研究和借鉴国外中继卫星系统成功地的经验和失败的才识是我国开发研制中继卫星系统的一条捷径。本文在综述国外跟踪与数据中继卫星系统发展状况的基础上，提出了发展我国中继卫星系统需要重点研究和解决的问题。     

侦察卫星地面机动目标覆盖特性分析与仿真

针对当前军用目标机动过程中易被卫星侦察的问题,对处于不同位置的机动目标进行侦察卫星覆盖特性分析,仿真其覆盖侦察过程.利用卫星工具软件包STK(Satellite Tool Kit)中先进的航天器系统分析软件,建立多摄动条件下侦察卫星星座运动学模型,调用STK的覆盖分析和虚拟现实模块,对卫星地面机动目标的覆盖算法和可视化技术进行研究.覆盖分析仿真结果表明:地面目标在机动过程中,侦察卫星对其实时位置的覆盖数据与目前采用的区域覆盖数据有一定差异,利用仿真结果能够有效减小覆盖预警数据的误差,且仿真结果与实际观测数据拟合良好.所提的方法处理地面机动目标侦察卫星覆盖情况准确度高,侦察卫星作战仿真过程逼真,具有很好的军事应用价值.     

基于GPS的高轨道卫星自主定轨技术可行性分析研究

利用GPS进行高轨道卫星自主定轨技术的研究具有十分积极的意义。本文分析了在高轨道特别是静止轨道上的GPS星的可见性情况，提出了判别GPS星是否可见的标准，探讨了利用旁瓣信号的可能性。然后，本文对自主定轨方法进行了研究，提出了将扩展卡尔曼滤波与轨道外推相结合作为自主定轨方法，并进行了数学仿真模拟。仿真结果表明，利用GPS进行高轨道特别是地球静止轨道卫星自主定轨的技术是可行的，具有良好的发展前景。     

区域侦察小卫星星座设计与仿真

为满足全球观测需求,传统遥感卫星星座通常采用玫瑰星座或Ω星座,而此类星座无法满足对特定区域进行连续重复观测的需求,且星座本身无法完成观测信息的及时回传。针对上述问题,设计了利用MEO中继卫星的太阳同步回归轨道模型和共地面轨迹轨道模型。通过仿真分析两种轨道模型,发现同步太阳轨道星座可以提供独特的周期重复观察特性,但同样高度下的太阳同步轨道星座对特定区域连续覆盖性能远远低于共轨迹星座。研究证明了基于MEO中继卫星的共地面轨迹星座可以满足对地连续重复观测及实时回传信息的需求。     

宽带LEO星座卫星通信系统业务量仿真分析

由于小卫星技术的快速发展,以及低轨卫星(LEO)相比传统的地球同步轨道卫星(GEO)具有低时延、低传播损耗等优点,宽带LEO星座卫星通信系统逐渐成为当前卫星通信领域的发展热点之一。目前,世界许多国家和卫星通信公司都在制定宽带LEO星座卫星通信系统方案。针对中国的现实条件,为建造一个合理的宽带LEO星座卫星通信系统,研究一个高效的组网方案,需要分析系统的业务量需求。对此构建了系统的位置业务模型与一日变化模型,提出了业务量仿真的方法,利用STK和MATLAB仿真软件,模拟了宽带LEO星座卫星通信系统单颗卫星与单个轨道面内的相对业务量,相关成果对建设我国自主的宽带LEO星座卫星通信系统具有一定的参考与指导意义。     

A novel two-layered optical satellite network of LEO/MEO with zero phase factor

Optical satellite communication has advantages over the RF satellite communication in capacity, speed, secrecy and anti-interference.Space information superhighway composed of GEO/MEO/LEO satellites which are linked by optical inter-satellite links(OISL) would play important roles in communication, navigation, martial recon, remote sensing and deep space exploration.A novel LEO/MEO two-layered optical satellite network with global coverage is designed with the street-of-coverage technique.The layer of LEO s...     

一种基于时隙划分的三层卫星网络QoS路由协议

提出了一种基于低轨/中轨/高轨（LEO/MEO/GEO）卫星网络体系结构（TLSN）和时空分割思想的QoS路由协议（TDRP）,详细阐述了时空分割思想和时隙优化方法,重点研究了QoS路由的实现框架和路由算法（BDA）的实现原理.在此基础上,卫星网络体系结构和路由协议的性能得到了详细分析和仿真验证.相同负载情况下,TLSN中端到端时延和时延抖动性能明显好于LEO卫星网络;同Dijkstra算法相比,BDA算法在端到端时延、时延抖动、丢包率、吞吐量方面具有更好的QoS保证能力.     

基于空间光链路的双层卫星网络路由算法研究

在分析传统多层卫星网络路由算法的基础上,提出了一种基于空间光链路传输的双层卫星网络结构及其相应的基于拉格朗日松弛算法的LDSR算法。该结构根据空间光链路的特点及双层卫星网络的优势,在考虑适合该体系接入策略的同时提出将MEO作为天基网接入域的组成部分,由MEO星座进行路由信息的会聚及分发业务,同时LEO卫星则基于拉格朗日松弛算法来确定其选用的路由并预留带宽。仿真结果表明,该算法可以在充分利用卫星网络的通信容量的同时提供较好的QoS路由性能。     

国外移动卫星通信技术的研究进展

本文介绍国外移动卫星通信技术的发展状况,包括正在开发实施的低轨、中轨、静止轨道和椭圆轨道系统。并综合比较了它们的链路电平估算、对移动终端的要求,以及投资、技术风险等问题。     

一种用于MEO/LEO卫星网络管理的分簇算法

卫星网络是一种新型的无线网络形式,可以看作是一种特殊的ad hoc网络。但由于其本身具有的特殊性质,现有的无线网络管理协议不能高效地应用于卫星网络中。通过引入ad hoc网络中分簇的概念,提出了一种适用于MEO/LEO卫星网络管理的基于地理信息辅助的分簇算法。簇首及管理员由MEO卫星担任,管理代理设置在LEO卫星之上。LEO卫星轨道所处的外层空间被划分成移动的分区,根据结点的密度分区合并为簇,然后在簇内根据组合加权方式选择一个MEO结点作为簇首。该算法考虑了不同层卫星之间的相对移动性及卫星运动的规律性,明确了管理员及管理代理的设置位置,为卫星网络管理提供了一种有价值的研究方法。     

基于GEO/MEO星座的卫星网络抗毁结构研究

设计并分析了一种基于链路冗余与修补方法的双层抗毁卫星网络。通过对网络中MEO星层进行基于快照周期的分群管理和群首备份选择机制,从星座组网结构方面提高卫星网络的抗毁性能;通过设计网络结构中群内、星层以及整个星座的通信链路,特别是对星座中MEO星层的通信链路进行充分的冗余设计,以及启用视距范围内间隔失效卫星间次相邻卫星节点链路连接的链路设计,从星座网络的通信链路上提高整个卫星网络的抗毁性能。最后对所设计的卫星网络的结构性能进行了简要分析。     

LEO、MEO卫星网络星间链路图两种新表示方法的提出与实现

国内外现有的LEO、MEO卫星网络星问链路图都以纯图形的表示方法给出，在卫星网络系统路由选择、系统性能分析及管理的研究中发现，图形化的表示方法难以满足分析问题的需要，尤其是当卫星数量增加和多高度卫星星座联合组网时，图形杂乱难以辨认．针对上述问题提出用抽象的图表示卫星星间链路的思想；提出了星间链路图抽象表示的原则；提出了卫星星问链路图两种新的表示方法。其一是基于极点扩张的星问链路图表示方法，其二是基于卫星轨道特征的星间链路图表示方法，并用C＋＋设计了实现这两种表示方法的软件．软件运行结果表明，卫星星问链路图两种新的表示方法切实可行、具有应用价值．     

Routing for predictable Multi-Layered Satellite Networks

Multi-Layered Satellite Network (MLSN), especially LEO/MEO satellite network, consisting of low and medium earth orbit satellites, is capable of providing higher coverage and better service than single-layered one. Its performance in deployment, however, is mainly encumbered by obsolete routing protocols and algorithms. This paper takes the predictability of satellite movements into consideration, based on which a novel routing protocol Predictable Satellite Network Routing Protocol (PSNRP)—is proposed. In this protocol, every topology change due to satellite movement is either described as a predictable or an unpredictable change. On the basis of PSNRP, we import a heuristic routing algorithm for satisfying Quality-of-Service (QoS) requirements from network users, which is convinced as a Non-deterministic Polynomial Complete problem. The QoS requirements in this paper mainly refer to end-to-end delay, bandwidth and package loss rate. In addition to obtaining better routing performance, PSNRP successfully allocates calculation tasks evenly among all nodes, separates user data from protocol control data and achieves stronger robustness against satellite failures and link congestions. The superiority of our routing scheme is proved by simulation results.