卫星多种轨道参数计算及软件实现

通过轨道参数计算软件对已获取的卫星的位置、速度信息进行处珲计算,能较为准确的得出卫星的轨道参数。与STK软件运行结果比对,本软件能提高轨道参数的精确度,并满足卫星多种轨道参数计算的工程要求。     

一种区域性覆盖星座设计与仿真方法

主要研究了对地面目标进行连续覆盖的星座设计问题。首先分析了星座最小仰角与星下点轨迹、轨道高度的关系,然后推导了对覆盖性能有重要影响的星间覆盖间隔时间和轨道面覆盖间隔时间的计算公式,提出理论算法与STK仿真相结合优化星座设计的方法,给出适合于中国的非静止轨道星座方案。仿真结果表明,该星座能对中国实施24h不间断覆盖通信。     

基于STK引擎的星载遥感器对地观测仿真软件设计

在自主开发的软件中嵌入STK,把STK作为卫星在轨仿真的计算引擎和三维可视化引擎,是一个可行的技术途径。首先,介绍了以STK为计算引擎的、包括C++/CSharp/HTML/Java/Matlab/Power Point/Vb.net等多种计算机语言为开发平台的卫星在轨可视化仿真系统的实现途径;在此基础上,给出了在VS2008下利用MFC开发的在轨卫星的可见性分析和姿态仿真的软件设计方法和仿真软件的运行结果。通过对基于STK二次开发的在轨卫星的可见性和姿态仿真软件的开发可以看出,在熟悉MFC程序框架、STK Connect接口指令系统和STK的专业仿真功能的基础上,在微软公司的VS2008平台下对STK进行二次开发可完成较为复杂的航空航天仿真任务。     

遥感卫星CBERS-4数据接收站布局研究

通过分析CBERS-4遥感卫星轨道特征以及星下点轨迹特点,同时参考通信卫星测控站的布局原理,结合当前国内国际已有地面站,提出一种能够满足时间约束的CBERS-4地面接收站布局思路:在南北极布站的基础上依据星下点轨迹特点在赤道附近布站,尽可能地减少了布站数量,使用STK软件对布局方案进行仿真验证,研究结果可对遥感卫星地面接收站的建设以及合理规划提供重要的参考价值.     

一种间隔重访的低轨星座设计方法

在低轨电子侦察、遥感卫星领域,针对非连续覆盖条件下的星座优化设计问题,提出了一种间隔重访的低轨星座设计方法。通过改进极轨覆盖带设计方法,将对地覆盖区域等效为矩形;以对地目标的平均重访间隔时间为输入,从同轨卫星间和相邻轨道面间两方面分析,得到近似最优的星座参数。通过STK仿真验证,设计的星座可满足重访间隔时间要求。     

天基红外预警系统扫描相机预警探测能力研究

随着2021年5月第5颗地球静止轨道卫星完成部署,整个天基红外系统所有卫星接近部署完成,其对地的监视能力有了大幅提升。文中在大量查阅有关文献和公开报道的基础上,对天基红外系统所有9颗在轨卫星的扫描相机进行了综合性能分析。首先,根据扫描相机的探测器体制以及飞行轨道特性,对其扫描成像体制进行分析,计算获得了所有9颗在轨卫星扫描相机的光学系统参数、探测器参数、地面分辨率、灵敏度等关键参数的估计值。其次,对天基红外系统大椭圆轨道卫星的飞行特性及其对地监视任务的综合分析研究表明,其最优在轨运行方式为两两同步,且单个轨道两颗卫星相差1/4周期;对天基红外系统地球静止轨道卫星的飞行特性及其对地监视任务的综合分析研究表明,东北半球中纬度地区至少有两颗卫星处于优良对地观测位置。最后,根据弹道导弹尾焰辐射特性以及天基红外系统扫描相机的探测参数,计算分析了所有在轨卫星对导弹尾焰最低观测高度,结果表明:东半球北纬40°地区,可同时被4颗以上卫星监视,且部分星载相机具备弹道导弹的点火时刻探测能力。     

基于STK的卫星覆盖模型研究与仿真分析

针对卫星侦察过程中对地覆盖分析环节的重要性和卫星覆盖问题研究的紧迫性,建立了卫星覆盖区域计算模型、卫星最早覆盖给定目标的时间计算模型以及卫星一个圈次观测给定地面目标的时段计算模型,提出了覆盖性能指标并建立了其计算模型。通过卫星工具包（STK）仿真软件,进行了卫星覆盖仿真实验,并得出了卫星覆盖分析结果,为卫星实施电子侦察时判断辐射源是否在覆盖范围内提供了方法。     

航天相机环扫成像模式设计

为了满足敏捷卫星广域搜索需求,设计了航天相机环扫成像模式。建立环扫成像模型,通过对环扫成像原理的分析,设计了成像的最优地面轨迹,并分析了此时临界卫星旋转速度与轨道速度、环扫临界系数、帧间重叠率的关系;同时基于地面轨迹设计了确定曝光时间、帧频等成像参数解算方案。通过Satellite Tool Kit（STK）软件对成像模型进行仿真,并对成像几何参数进行分析,结果表明:在轨道高度H为500 km,像素尺寸a为4 m,焦距f为1 m,轴向像元数M为50 000时,随着相机倾角的增加,地面像元分辨率与幅宽逐渐增大;等于10、20、30、40时,地面幅宽分别提升为星下点成像时的1.96、3.10、4.58、6.85倍。     

航空、航天与航海工程

9914652近地轨道卫星星座设计时的轨道模型[刊]/白鹤峰//国防科技大学学报.—1999,21(2).—1～4(A)首先给出考虑 J_2摄动项时近地轨道卫星的轨道模型、星下点计算方法和覆盖判断准则,在此基础上给出一种近地回归轨道的迭代设计方法。在区域间断覆     

STK软件卫星仿真与覆盖分析

针对假定的目标覆盖区域,运用STK软件进行卫星仿真与覆盖分析,通过比较6星系统和15星系统,设计经济同时有效的卫星系统,对指定区域进行24h不间断地卫星覆盖侦察。     

共地面轨迹移动卫星通信星座设计

本文从移动卫星地面轨迹的特点出发研究了一种共地面轨迹移动卫星星座的设计方法,并借助于计算机模拟和专业卫星通信工具软件对我国区域进行了设计,在选定轨道周期为1／4个恒星日,偏心率为0．158,轨道倾角为63．4°的情况下,4颗共地面轨迹卫星即可对我国大陆（北纬20°至55°）基本达到连续覆盖,平均仰角大于48°．     

“北斗”卫星导航系统仿真与全球覆盖分析

为了解“北斗”卫星导航系统( BDS)的星座分布及其正式运行后卫星在全球范围内的覆盖情况,依据BDS卫星轨道参数,使用卫星工具包( STK)构建了完整的BDS空间星座,对BDS卫星轨道信息、可见性以及对地覆盖品质进行分析。在对可见性及覆盖品质的分析中,分别仿真分析了在4个不同的城市和全球范围进行观测得到的几何精度因子( GDOP)和导航精度等参数性能。研究结果对分析BDS系统的服务性能以及提高BDS的导航精度有一定的参考意义。     

基于小卫星中继的远程通信方案

为满足远程局部战场的通信需求,提出了一种以小卫星为中继的远程通信方案.在分析远程通信系统组成和工作原理的基础上,综合考虑环境因素推算了小卫星轨道参数,构建了具备通信中继功能的中椭圆回归轨道小卫星星座,实现了战机-作战指挥中心通信功能,通过STK软件建立了基于小卫星中继的远程通信覆盖模型.仿真结果表明,该方案对指定战区的平均覆盖率为99.69％,作战指挥中心与战机的可连接时间达到98.26％.     

中低轨卫星跨层激光链路二次同步切换方法

中低轨卫星之间跨层激光链路的无缝切换直接决定了双层卫星光网络的稳定性.异步切换方法会导致网络拓扑频繁重构,而集中同步切换将造成两层间连接中断,网络运行状态失控.为此,本文提出了中低轨卫星星座激光链路的二次同步切换方法,在保证中低轨道卫星连通的基础上,可降低网络拓扑重构频率.研究了整数周期比的中轨道和低轨道卫星空间位置特性,建立了中低轨卫星星座构形二阶非球摄动模型,确定了中低轨道之间轨道周期比为3的双层卫星星座构形.按连接和切换顺序将该星座构形中跨层激光链路分为两组,以相对周期的1/4为基准,每次令其中一组同步切换,通过交替完成切换.研究结果表明,二次同步切换方法使得网络拓扑重构频率降低到链路切换频率的1/7,比集中切换方法在网络平均时延方面降低了30ms.     

圆锥形卫星天线太阳光反射特性仿真

根据卫星探测的相关理论,建立了卫星光学探测的仿真模型,并利用MATLAB进行仿真,研究了任意给定的卫星轨道、卫星天线参数和地面探测站位置参数下,探测站观测到的卫星天线的星等值。引入了圆锥形卫星天线对太阳光的反射公式和星等值的概念,给出了卫星处于地球阴影区和探测站探测盲区的判断方法。通过对模拟结果进行分析,可以得出任意一天、任意时刻卫星天线对固定探测站的星等值,并能给出圆锥形卫星天线对地面固定探测站的星等值随时间的变化规律。结果表明对低地球轨道卫星,地面观测站的同一光学观测设备在一天时间内可观测时间是很短的,对于圆锥形卫星天线,可观测时间更短。     

NGSO遥感卫星监测方法

遥感卫星具有技术要求低、成本低、发射简单、无轨位限制等特点,可广泛应用于各种领域,目前我国已建成陆地观测、海洋观测和大气观测等多领域的遥感观测。遥感卫星大部分属于非静止轨道(NGSO)卫星,数量庞大的NGSO遥感卫星不断涌现和部署,对卫星业务及频率轨道资源的监管带来严峻挑战,为促进无线电频率轨道资源的有效使用,开展NGSO遥感卫星的监测迫在眉睫。     

GEO与NGEO卫星频谱共存干扰抑制技术（一）

由于对低延时实时系统和宽带数据的需求日益增加,人们越来越关注如何在几个可用的频带中部署更多的近地轨道（LEO）和中地轨道（MEO）卫星。当可用的非静止轨道（NGEO,即LEO/MEO）卫星数目增多时,其与在轨的地球静止轨道（GEO）卫星频谱共存已经成为了一种必须。在这种情况下,为了使它们的频谱可以共用,探索一项技术来抑制GEO和NGEO系统间的干扰是非常关键的。更具体地说,在GEO和NGEO卫星网络共存的情况下,共线干扰可能是一个严重的问题,特别是在赤道上空。本文提供了几个关于如何在NGEO卫星链路和GEO卫星链路共存情况下频率共用的研究。除此之外,本文提出了几种认知方法来解决共线干扰,也提出了未来研究方向。     

Monte carlo simulation for modeling the effect of ground segment location on in-orbit responsiveness of LEO sunsynchronous satellites

Responsiveness is a challenge for space systems to sustain competitive advantage over alternate non-spaceborne technologies. For a satellite in its operational orbit, in-orbit responsiveness is defined as the capability of the satellite to respond to a given demand in a timely manner. In this paper, it is shown that Average Wait Time (AWT) to pick up user demand from ground segment is the appropriate metric to evaluate the effect of ground segment location on in-orbit responsiveness of Low Earth Orbit (LEO) sunsynchronous satellites. This metric depends on pattern of ground segment access to satellite and distribution of user demands in time domain. A mathematical model is presented to determine pattern of ground segment access to satellite and concept of cumulative distribution function is used to simulate distribution of user demands for markets with different total demand scenarios. Monte Carlo simulations are employed to take account of uncertainty in distribution and total volume of user demands. Sampling error and standard deviation are used to ensure validity of AWT metric obtained from Monte Carlo simulations. Incorporation of the proposed metric in the ground segment site location process results in more responsive satellite systems which, in turn, lead to greater customer satisfaction levels and attractiveness of spaceborne systems for different applications. Finally, simulation results for a case study are presented.     

GPS-BASED LEO SATELLITE POSITION AND ATTITUDE DETERMINATION AUGMENTED BY PSEUDOLITES ON EARTH

GPS-based navigation and attitude determination of LEO satellites is presently considered as an alternative to the conventional systems which utilize earth sensors and magnetometers. The onboard GPS receiver determines the orbit position of the LEO satellite by the conventional system of linearized navigation equations, requiring the simultaneous reception of ranging signals from four GPS satellites by a single antenna. For attitude determination, pairs of antennae, suitably mounted on the satellite and feeding a common receiver, form several interferometric baselines. The baselines vectors, defined in a given coordinate system, determine the attitude of the satellite. For each baseline and each GPS satellite, the difference in phase of the received signal carriers is measured. The differencing operation eliminates the receiver clock bias. Solutions for the baseline vectors can be obtained with signals received from only three GPS satellites. If the coverage of a receive antenna is restricted to less than the hemisphere it will not have four GPS satellites in view all the time. It is demonstrated that a GPS pseudolite transmitter located on earth supplements the system, which then provides a usable geometric dilution of precision (GDOP) for position determination and an improved position dilution of precision (PDOP) for attitude determination. Pseudolites can be co-located with the gateways which provide access to the public switched telephone networks (PSTNs) for the LEO communication satellites.     

侦察卫星星座的轨道高度分析

以区域侦察为背景,基于遗传算法提出了一个侦察卫星星座设计方法。研究了通过遗传算法模型优化设计侦察卫星轨道倾角、右升交点角以及平近点角等轨道参数的方法。分析了轨道高度与最大访问间隔时间之间的关系。基于7种不同轨道高度对有3颗低轨道卫星的侦察卫星星座进行了优化仿真。结果表明,优化后的星座不仅在指定目标区域具有优异的最大访问间隔时间性能,而且具有一定的全球侦察能力。