中轨道Walker导航星座备份策略分析SS设计北大核心

针对中轨道Walker导航星座的备份策略问题,设计与实现了中轨道Walker导航星座备份策略分析仿真软件。软件由卫星可靠性分析模块、星座备份策略分析模块以及在轨备份星轨位设计模块组成。详细介绍了软件各组成模块的功能特性和关键技术,并给出了软件的应用实例。该软件能有效模拟卫星部件随机故障的动态行为,可为导航星座备份策略分析提供更为准确的卫星可靠性模型,支持对不同备份策略进行评估分析,从而获得不同条件下的最优备份策略,同时可对备份策略中在轨备份星轨位进行优化设计,可推广应用于其它卫星星座备份策略分析评估。     

MATLAB/STK联合仿真方法研究及GUI设计

详细介绍了MATAB(矩阵实验室)与STK(卫星工具箱)软件互联的方法;STK提供了相应的二次开发接口,可供MATLAB等软件进行二次开发;利用MATLAB和STK软件组合搭建仿真环境,以某Walker星座的设计与优化算法为例,具体介绍了联合仿真步骤流程及GUI界面的设计方法,并综合考虑了卫星轨道、传感器以及卫星编队等相关参数对星座最优设计的影响;结果表明,利用MATLAB和STK组合仿真能够以图像及数据列表的形式方便直观的给出最优结果,通过联合仿真,较大程度上减小了MATLAB的编程工作量,同时通过GUI界面的设计,以可视化的形式对主体程序进行集成,只需输入参数,便可快速进行相应的轨道仿真与数据输出,避免了在进行卫星星座设计时需反复对STK参数进行调整的工作;在对卫星星座设计与运行轨道的问题分析中,MATLAB/STK联合仿真相较于使用单一软件进行问题分析而言,要更加便利、形象直观。     

卫星星座仿真系统的设计和实现

卫星星座设计是个相当复杂的问题，往往需要大量的仿真计算来检验系统的各项特性，该文介绍了所开发的卫星星座仿真设计软件的设计方案，系统的实现策略，功能模块的划分，该软件可以为星座设计的工具。     

基于移动式网络技术的卫星星座网络结构设计与仿真

随着星上处理能力地日益增强,降低卫星星座通信网络对地面网络的依赖性,增强为用户段提供IP接入服务的能力,是未来卫星星座网络的需要解决的关键问题。提出了基于移动式网络技术的LEO卫星星座网络体系结构,引入了新的网络组件,提出了新的卫星星座网络组网策略,讨论了星地间的切换模型,并提交了基于NS2的网络性能仿真结果。仿真试验表明,该方案是一种满足未来卫星星座发展需求的有效方案,星地间的切换是影响该方案中卫星星座通信网络数据传输延时的主要因素。     

卫星星座优化与仿真平台设计与实现

卫星星座的优化设计问题是航天领域的一个研究重点,介绍自主研发的卫星星座优化与仿真平台的系统构架和主要功能.该平台主要包括4个子系统,能够实现卫星星座的信息管理、计算、优化、覆盖分析和可视化仿真等功能.本平台的特色在于使用多种演化算法和多目标优化算法对卫星星座的配置方案进行优化,得到最佳方案,如可以提供灾难应急时卫星机动变轨的最佳方案和仿真过程,从而辅助相关部门及时制定应急措施.并通过与有关文献中的对比计算,证明此系统的正确性和有效性.     

基于独立DSP平台的实时卫星导航接收机的设计

以TI公司的TMS320C6416芯片为例,设计实现了基于独立DSP芯片的通用卫星导航接收机平台,说明了如何通过单独的DSP平台实现中频卫星信号的采集、程序和数据的存储、线程调度等功能,以及如何支持多星座卫星导航接收机扩展。实验结果表明,根据本方案实现的平台能够很好地实现实时卫星导航软件接收机的功能。     

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。     

全球限时重访星座构型设计

针对全球范围内任意地点的限时快速重访星座设计问题,进行了重点研究。对不同轨道类型卫星的对地覆盖特性进行了分析,重点针对星座重访时间问题进行了研究。基于赤道的打靶法星座设计方法,设计了可在全球范围内可实现任意地点限时重访的星座构型设计方法,并且得出了全球范围2小时重访的星座设计构型,并对以上结果进行了仿真验证。实验结果表明,提出的星座构型设计具有正确性以及使星座使用的卫星数量达到最低。     

基于分解思想的导航星座多目标优化

导航星座多目标优化是寻找既能满足设计指标又能使代价最小的理想导航星座。首先,建立了一种由中轨道卫星(MEO)、地球静止轨道卫星(GEO)和倾斜同步轨道卫星(IGSO)组成的混合星座构型模型,并提出一种将星座性能和星座成本作为目标函数的多目标导航星座优化方法,其次,分析了优化目标函数加权几何精度因子WGDOP、可见星数目M和导航星座成本的选择及计算方法,并将基于分解思想的多目标优化算法(MOEA/D)引入导航星座优化中。最后,建立了导航星座多目标优化的数学模型,对基于北斗系统的混合星座进行优化,提出一种新的北斗系统的优化方案。     

双层混合卫星网络优化设计及覆盖性能评估

针对单层卫星网络抗毁能力差、处理时延高以及三层卫星网络管理复杂、链路冗余度高等问题,分别采用Walker星座和极轨星座对MEO和LEO卫星进行了组网分析和星座设计,提出了一种双层混合卫星网络优化设计方案;同时,针对传统卫星覆盖性能指标不能统一评价不同构型卫星星座的问题,提出了一种基于层次分析法模型的不同构型卫星星座统一评估模型。仿真结果表明,所提出的方案不仅能够很好地提升对中国区域的覆盖率,而且可以有效地降低平均间隙时长和平均响应时间,从而满足对中国地区全天时覆盖的总体设计要求。     

基于AHP的分布式星群接入策略研究

分布式星群网络是打赢未来信息化战争的有利武器,星群的接入技术对于提升我国空天信息获取能力具有重要意义。针对分布式星群网络高动态拓扑导致资源利用不充分的问题,提出了一种基于层次分析法的分布式星群网络接入策略。该接入策略首先是利用层次分析法动态计算资源利用率各指标权重;其次是根据各卫星节点的实时资源情况,动态调整资源利用率的权重。仿真表明,该接入策略降低了分布式星群网络的新呼叫阻塞率和强制中断率,有效地解决了星群网络资源利用率问题,提高了星群网络群内业务分配的合理性。     

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。     

星座覆盖性能评估的改进网格点仿真法

卫星星座覆盖性能指标评估的快速性对星座优化设计有重要的意义。根据改进的网格点仿真法,得到星座中每一颗卫星对地面点的覆盖时刻集;建立了一套卫星覆盖时刻集的合并方法,并给出了根据星座覆盖时刻集计算覆盖性能指标的方法。最后对Molniya轨道卫星星座进行了仿真,分析了星座在纬度线上的多重覆盖性能指标分布,以及不同数量卫星和网格点对计算时间的影响。仿真结果表明了改进网格点仿真的有效性和快速性。     

星座卫星在轨长期管理测控策略研究

近年来,低轨大型卫星星座蓬勃发展,使得在轨卫星数量急剧增加,卫星在轨长期管理任务面临巨大挑战。首先分析了卫星星座在轨长期管理面临的挑战,针对星座卫星在轨长期管理面临的几种常见应用场景,通过理论分析扩频体制测控应答机的抗干扰机理,结合地面概念星卫星平台模拟验证,在微波暗室通过地面概念星卫星平台对星座卫星在轨长期管理肯能出现的情况进行模拟。模拟不同星座卫星在轨运行场景以及相应的测控应对策略,验证了多星同时入境时的卫星长期管理策略的可行性,给出星座卫星在轨长期管理的有效应对策略。为卫星在轨长期管理以及后续可能遇到的星座在轨长管问题提供参考。     

基于OPNET的卫星网络路由仿真

具有星际链路的卫星网络将在今后发挥巨大的作用,而混合星座具有比单层星座更加优异的性能,双层星座GEO/LEO能够在物理上实现网络管理和业务的分离,便于对全网络的管理和集中式路由的实现。依据卫星网络运动的规律性,采用虚拟拓扑路由策略,在OPNET中对GEO/LEO双层星座进行了集中式路由的仿真;在定义链路权值时,除了传统上考虑的传播时延、排队时延外,还加上了地理因素的影响,使之更符合卫星网络的实际情况。     

Packet routing algorithm for polar orbit LEO satellite constellation network

The proliferation of Internet motivates the need of integrating IP with Low Earth Orbit (LEO) satellite networks that are well known for their global coverage and their ability of providing services with different QoS specifications. There is no doubt tha…     

Multidisciplinary modeling and surrogate assisted optimization for satellite constellation systems

Satellite constellation system design is a challenging and complicated multidisciplinary design optimization (MDO) problem involving a number of computation-intensive multidisciplinary analysis models. In this paper, the MDO problem of a constellation system consisting of small observation satellites is investigated to simultaneously achieve the preliminary design of constellation configuration and the satellite subsystems. The constellation is established based on Walker-δ configuration considering the coverage performance. Coupled with the constellation configuration, several disciplines including payload, power, thermal control, and structure are taken into account for satellite subsystems design subject to various constraints (i.e., ground resolution, power usage, natural frequencies, etc.). Considering the mixed-integer and time-consuming behavior of satellite constellation system MDO problem, a novel sequential radial basis function (RBF) method using the support vector machine (SVM) for discrete-continuous mixed variables notated as SRBF-SVM-DC is proposed. In this method, a discrete-continuous variable sampling method is utilized to handle the discrete variables, i.e., the number of orbit planes and number of satellites, in the satellite constellation system MDO problem. RBF surrogates are constructed and gradually refined to represent the time-consuming simulations during optimization, which can efficiently lead the search to the optimum. Finally, the proposed SRBF-SVM-DC utilized to solve the satellite constellation system MDO problem is compared with a conventional integer coding based genetic algorithm (ICGA). The results show that SRBF-SVM-DC significantly decreases the system mass by about 28.63% subject to all the constraints, which greatly reduces the cost of the satellite constellation system. Moreover, the computational budget of SRBF-SVM-DC is saved by over 85% compared with ICGA, which demonstrates the effectiveness and practicality of the proposed surrogate assisted optimization approach for satellite constellation system design.     

低轨星座网络拓扑的抗毁性研究进展

近年来随着人类太空探索的快速发展,大量低轨星座相继部署,以星链为代表的星座已掀起了各国的研究热潮。该综述旨在结合低轨星座网络拓扑特点,对抗毁性评估指标和优化模型进行总结剖析。以星链为例,阐述了新型低轨星座的建设现状,对常见的卫星网络拓扑构型进行了分类与优劣对比,分别从节点和链路两个角度梳理了近年来的建模方法。比较评价了典型的抗毁性评估测度与方法,总结了卫星网络拓扑优化算法的研究现状及存在问题,从应用层面提出展望。