低轨大规模卫星星座系统建模与干扰分析

针对低轨(LEO)大规模卫星星座系统存在电磁空间复杂且难于观测的问题,对低轨卫星星座链路特征进行研究。以Starlink和OneWeb星座为研究对象,根据低轨卫星的星座参数,获取等效全向辐射功(EIRP)值并进行可视化处理;对获取到的低轨电磁卫星数据进行分析,获取数据的衰减特性和时间、频率等的数据关系,计算星间的链路干扰以及时间上的分布特征;获取相对干扰时间的特征值以及星间数据的衰减与时频的多维特性,并分析不同场景下的干扰时间特征,从多个维度分析低轨大规模卫星星座系统间星间链路的干扰情况并进行仿真验证。实验证明了低轨大规模卫星星座系统之间的星间链路存在干扰情况,且频率越高,干扰现象越明显。     

低轨通信星座星间链路特点研究

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。     

LEO/MEO通信系统ISL性能分析与设计

由低轨(LEO)和中轨(MEO)卫星构成的卫星通信系统可以充分利用LEO和MEO的各自轨道优势,具有较好的组网通信性能。在LEO与MEO卫星之间建立星间链路,使卫星之间存在直接的通信路径,可以提高网络的自治性,减少传输时延,降低对地面站的依赖。本文首先分析建立MEO星座与低轨LEO星座星间链路的可行性,然后通过STK软件仿真影响LEO/MEO星间链路特征参数的变化情况,进一步分析LEO/MEo星间链路预算。     

卫星互联网星间激光通信链路传输与路由交换技术研究（特邀）

随着低轨卫星互联网的迅猛发展,星间激光通信链路成为低轨大型星座互联互通的关键,也是用户接入卫星互联网实现全球范围内端到端交互的基础。与地球同步轨道的星间环网不同,由于低轨卫星的高动态性,造成星间链路需要不断动态重构,由此带来空间节点的编址方式、交换路由方法等诸多技术难题,是目前该领域关注的热点。此外,用户终端通过微波链路接入卫星互联网,需要微波链路与激光链路之间的汇集和分发,也是迫切需要研究解决的重点难点问题。     

卫星星间链路多普勒频移仿真

在卫星通信过程中,对具有相对运动的卫星,星间链路的多普勒频移是不能忽视的。分析了空间圆轨道卫星星间链路的距离以及距离变化率,并进行了公式推导。在此基础上提出了一种以链路距离变化率作为卫星相对运动速度来计算星间链路多普勒频移的新方法,并以铱星系统和某中轨卫星系统为例,分别对同层高度星间链路和异层高度星间链路的多普勒频移进行仿真,给出了仿真结果。分析与结果表明,该方法合理、有效。     

一种MEO星座的覆盖性能及组网方案分析

地球静止轨道(geostationary earth orbit,GEO)卫星轨道位置资源稀缺已久,巨型低轨卫星星座的发展浪潮使得低轨轨道资源也变得空前紧张,中地球轨道(medium earth orbit,MEO)星座作为GEO和低地球轨道(low earth orbit,LEO)星座的折中,必将成为各国博弈的角逐场,参考世界各MEO星座和我国国情,提出了一种(6+4)MEO星座方案,并使用STK(Satellite Tool Kit)软件对星座覆盖性能、星际链路特性和信关站选址及覆盖性能进行了仿真分析,该方案通过地面站中继实现轨道间通信,有效规避了利用星际链路实现轨际通信时存在的各种问题,使系统得到简化、可靠性得到提高,在全球低轨卫星轨道资源紧张的形势下具有很强的战略价值。     

适用于我国的中轨TDRSS星座方案研究

基于中轨跟踪与数据中继卫星系统(MEO-TDRSS)星座方案的功能和业务特性,对4种常见星座实现的我国中轨TDRSS的覆盖特性和星际链路性能进行了仿真分析和比较。仿真结果表明,我国的中轨TDRSS宜采用具备卫星全球均匀分布特性的玫瑰星座和共地面轨迹星座。     

星地相干光通信中的自适应光学系统带宽研究

针对星地相干激光通信,研究了自适应光学的系统带宽对通信性能的影响。对于特定校正阶数的自适应光学系统,得到了系统需求的控制带宽,并对比了同步轨道(GEO)卫星对地链路和低地轨道(LEO)卫星对地链路。结果显示低轨卫星链路所需的控制带宽远大于同步卫星链路,原因来自于低轨卫星和地面站的高速相对运动产生的垂直链路风速,同时低轨卫星对地链路对自适应光学的带宽需求和天顶角是成反比关系的。分析了低轨卫星对地相干激光通信链路混频效率和自适应系统带宽以及校正阶数的关系,结果表明,200 Hz的闭环带宽完全可以满足需求,当达到100Hz带宽之后,增加变形镜单元数对混频效率的提升更为有效。     

多层卫星网络激光星间链路空间特性仿真

多层卫星网络结构由于其鲁棒性强,可实现无缝覆盖等特点而成为研究热点。针对 高轨/中轨/低轨(GEO/MEO/LEO)多层卫星网络结构,研究了各个节点间的激光链路,推导出 了 不同轨道间两个卫星位置关系的坐标转换公式。对同层间激光链路(OISL)、异层间激光链路 ( OIOL) 俯仰角、方位角以及距离参数和GEO对LEO覆盖特性进行了仿真。结果表明,卫 星光学终端俯仰指瞄范围完全可以满足目标星的移动要求,但水平指瞄范围和扫描速度是影 响星间激光链路性能的主要因素。     

高低轨频率共存卫星通信系统鲁棒波束成形算法研究

针对静止轨道(Geostationary Earth Orbit, GEO)卫星系统和低轨道(Low Earth Orbit, LEO)卫星系统频率共享时存在的干扰问题,本文基于低轨分布式卫星编队提出了一种鲁棒自适应波束成形算法,从空间域功率隔离角度解决了高低轨卫星通信系统上行链路共用频谱时GEO用户对于LEO卫星共线干扰问题。算法中综合考虑卫星通信系统长传播时延导致的阵列导向矢量存在一定误差,在基于线性约束最小方差(LCMV)准则的自适应波束成形器中设计了考虑系统最恶劣误差情况的鲁棒性约束,并采用泰勒级数逼近法求解波束成形器加权矢量。仿真结果表明本文的鲁棒波束成形算法在卫星通信环境下适应度较高,能够有效地缓解高低轨卫星通信系统频率共享带来的同频干扰问题。      

卫星移动通信系统星间链路空间参数分析

通过对现有的卫星移动通信系统星间链路的分析发现,伴随着卫星座高度的增加,卫星移动通信系统星间链路指向的动态变化范围不断扩大,星间链路的相对距离也不断增大。由此引出对最优化的极轨道卫星移动通信系统星暗链路主要参数的模拟与分析,从中得到了一些规律性的结论,为星间链路的设计与建立提供了理论基础;同昱,卫星移动通信系统星间链路指向性的周期性变化,也为星间链路建立过程中最优化搜索算法的建立提供了探索的方向和     

卫星综合信息网的架构设计及路由算法

卫星综合信息网是未来空间信息技术发展的方向之一。本文针对卫星综合信息网应用设计了一种由静止轨道、中轨道和低轨道卫星节点构成的结构简洁的三层卫星网络架构,每一层网络仅使用永久性链路形成稳定拓扑,不同层网络在分簇的基础上使用可视时间较长的星间链路建立跨层连接。本文进一步设计了在该架构下的最小延迟路由算法。OPNET上的仿真实验表明,本文所设计的卫星综合信息网架构稳定,具有较强的通信承载和适应节点故障的性能。     

一种低轨卫星动态链路预算评估模型

针对低轨卫星透明转发通信系统,提出了一种动态链路预算评估模型,为透明转发卫星互联网设计提供参考。该模型给出了星地透明转发两跳链路信噪比（Signal-to-Noise Ratio,SNR）计算方法,在计算信号传播链路中自由空间路径损耗、阴影衰落、大气吸收、云雾衰减和降雨衰减的基础上,分析了我国大陆地区在全球典型低轨卫星星座覆盖下的两跳链路SNR,以及不同位置用户解调所需的信关站等效全向辐射功率要求。仿真结果表明,该方法考虑了馈电链路和用户链路的共同作用,能较好地评估卫星星座设计、用户地理位置对两跳链路SNR的影响。     

国外激光链路中继卫星系统的发展与启示

激光链路中继卫星系统是指以激光波束为媒介,为低轨信息获取类卫星提供高速数据传输服务的卫星系统。国外已开展了多次星间、星地激光通信实验,已由强度调制/直接探测通信体制过渡到相位调制/相干解调通信体制,通信速率可达5.6 Gbps。卫星激光通信正向更高通信速率、组网应用、终端小型化、轻量化方向发展。在系统分析欧洲、日本、美国等国家典型星间、星地激光通信实验和中继卫星发展计划的基础上,讨论了激光链路中继卫星系统的发展趋势,总结得到对发展我国激光链路中继卫星系统的若干启示。     

面向不间断通信保障的星间网络自维护建模与求解

星间链路是通信卫星互联成网的主要手段,当节点中一颗卫星星间链路通信异常时需经地面干预才可恢复,严重影响系统可用度;而若星间通信网络具备自主管理能力则可弥补上述不足。针对部署于静止轨道具有全球通信覆盖能力的多星通信网络,提出了一种基于多主体协同机器学习的星间链路网络自维护策略,保障通信节点卫星异常时重点地区高可用性不间断通信服务能力。     

一种低轨卫星星地链路评估系统的设计

低轨卫星移动通信是无线通信未来的主要发展方向之一。对低轨卫星星地链路特性的研究,可有效提高系统容量和组网应用效率,也迫切需要建立真实可信的实验验证平台。文章以低轨卫星通信系统星地链路验证及评估为目标,从低轨卫星星地链路特点出发,分析星地链路评估中关键指标,设计低轨卫星星地链路实验验证平台,可满足低轨卫星通信系统星地链路质量的评估要求,为低轨卫星移动通信系统的体制、组网协议等各类设计提供支撑。     

低轨道卫星网络中星际链路的研究

给出了极轨道星座的设计方案。分析了星际链路的空间几何关系。结合极轨道星座的例子,通过卫星仿真软件STK进行卫星星座仿真,分析得到低轨卫星系统星际链路的仿真结果,并简要提出低轨道卫星组网的路由算法。     

基于星间激光测距的高轨卫星定位技术研究

针对传统的高轨卫星定位技术存在定位精度低的问题,提出了基于基于星间激光测距的高轨卫星定位技术。在高轨卫星飞行器上安装低噪声激光探测器,借助激光探测器、发射机以及接收器构建星间通信链路,分析接收天线的接收功率与发射天线的发射功率之间的关系,通过激光脉冲传输空间测距与高轨卫星信号捕获接收功率和发射功率获得定位初始数据;再分析星间相对运动和修正电离层误差,得到定位数据的精确解算融合结果。选取精度因子DOP作为评判高轨卫星定位技术的参数,通过仿真实验发现高轨卫星定位技术比传统定位技术的平均DOP值高2.89,由此证明所提定位技术的定位精度更高。     

基于Simulink的星间链路信道仿真分析

对星间链路信道统计模型进行了理论分析,在MATLAB/Simulink平台上,设计并实现了一种星间链路仿真模型。该模型充分考虑了星间链路信道中的多普勒频移、卫星星座的周期性引起的自由空间传播衰减,以及链路中存在的干扰、噪声、时延等对卫星通信信号的影响。仿真结果证明了该模型的正确性。     

标准化星间激光通信链路接口模型设计方法

在星间数据交换过程中,同时传输不同类型的数据会对系统性能产生较大影响。为统一传输制式,提高数据传输效率,提出星间激光链路接口模型。在星间激光链路接口模型中,针对节点卫星数据处理转发效率低的问题,设计数据帧调整单元整合不同信源的数据;针对空间信道随机错误对系统性能影响较大的问题,添加链路传输处理单元提高激光链路传输的可靠性。研究了星间激光链路接口模型在中继卫星系统与分布式卫星系统中的实现方法。结果表明,采用星间激光链路接口模型后系统传输效率提升了49.93%,纠错性能提升了3.01 dB。