多层卫星通信网络结构设计与分析

针对单层卫星网络时延高、网络阻塞概率大等问题,研究了多层卫星网络的系统结构及其特点。结合不同轨道卫星特点,引入分层卫星网络结构,采用Walker和极轨星座覆盖带设计法,设计了多层卫星网络星座。采用"弱连接"模型作为星际链路建立的基本原则,并对星座的覆盖性能和星际链路特性进行了仿真分析,结果表明,多层卫星网络在覆盖特性和星际链路性能上更具优势。     

融合遗传蚁群算法的区域覆盖卫星星座优化算法

针对特定区域覆盖并密集重访的卫星星座优化设计问题,采用回归轨道和共星下点轨迹星座的设计方案,提出特定区域内重点地区权值排序覆盖并融合遗传蚁群算法优化求解卫星星座轨道参数的方法。分析区域覆盖星座的设计需求,建立回归轨道覆盖区域模型,利用遗传蚁群算法计算出最优轨道根数,使用共星下点轨迹星座求解算法求出所有星座参数。仿真实验结果表明优化设计的星座满足对于区域目标的覆盖时间和重访次数需求,并对重要地点按照权值排序进行了侧重性覆盖和重访,验证了算法的可行性。     

解析法区域覆盖卫星星座设计

对典型卫星星座进行了分析。使用解析方法,以卫星载荷的工作高度范围为约束条件,以有效利用卫星覆盖区域为原则,给出设计区域覆盖卫星星座的详细步骤,得出卫星轨道根数和星座轨道参数。利用卫星工具包(STK)生成卫星星座图。     

区域性覆盖的卫星轨道和星座设计

探讨了区域性覆盖卫星星座设计方法.为实现我国区域连续覆盖,对倾斜圆轨道星座,σ星座,椭圆回归轨道星座,极轨卫星星座,赤道轨道星座等设计方案优缺点进行研究,综合比较和仿真分析,赤道轨道星座和倾斜圆轨道星座,是对我国区域连续覆盖的较好方案.     

电子侦察卫星多星侦察覆盖区域及仿真分析

针对单颗电子侦察卫星侦察覆盖范围有限的弱点,利用多颗电子侦察卫星组成卫星环、卫星星座进行侦察。建立了电子侦察卫星环对地侦察覆盖区域计算模型,对卫星环形成的覆盖带宽度和侦察盲区面积进行了计算。构建了电子侦察卫星星座对地侦察覆盖区域计算模型,讨论了相邻卫星环盲区半径与盲区中心距之间的关系对卫星星座对地侦察覆盖区域的影响。最后对卫星环侦察覆盖区域与卫星星座盲区随轨道高度、侦察天线波束角以及轨道倾角的变化关系进行了仿真分析。     

卫星星座实时覆盖性能仿真与分析

对基于卫星星座的核爆探测系统对监测地幅实时覆盖性能进行了分析，采用对物理空间离散化的思想进行地表网格划分，建立了一种可对任意地形复杂区域进行实时覆盖分析的计算方法；并以MATLAB为仿真平台开发了星座系统仿真分析软件，在此基础上建立了星座实时覆盖分析的仿真模型，并应用于给定星座的实时覆盖性能分析。     

STK北斗二代卫星导航系统在亚太地区DOP值仿真分析

通过仿真已发射的16颗北斗导航卫星建立GEO+IGSO+MEO的卫星星座,利用STK覆盖功能分析北斗卫星导航系统在亚太地区的DOP值。仿真分析结果表明:北斗卫星导航系统在亚太地区有很好的可用性,能为用户提供高精度的导航定位服务。所做工作为北斗卫星导航系统的建设与应用提供了一定的参考意义。     

星地融合网络中基于遍历容量的地面用户调度算法

星地融合网络采用无人机作为卫星与地面用户的中继设备,有效地解决偏远地区因地面无线覆盖能力不足问题。针对星地融合网络的系统资源调度问题,提出基于遍历容量的比例公平性（ergodic capacity-based proportional fairness,ECPF）调度算法。ECPF调度算法构建基于自由空间光通信（free space optical,FSO）的卫星-无人机的通信模型,并推导FSO链路的瞬时信噪比;构建基于译码转发（decode-and-forward,DF）的无人机-用户的通信模型,并推导RF链路的瞬时信噪比。然后,计算用户的遍历容量,并结合比例公平性（proportional fairness,PF）调度算法对资源进行调度。仿真结果表明,提出的ECPF调度算法更好地保证了用户使用资源的公平性,提升了系统的吞吐量。     

卫星导航系统功率增强子星座优化设计与性能分析

卫星功率增强技术是提高区域导航信号抗干扰性能的一种有效措施,在卫星导航全星座中优选出卫星数量少、服务性能优的功率增强子星座,是新一代卫星导航系统建设迫切需要解决的问题。因此提出基于卫星数最少准则的功率增强子星座优化设计方法,详细介绍设计流程、数学模型及最优解搜索策略;定义了可用性水平、精度水平和覆盖范围等指标评估功率增强子星座性能;以GPS为例,分别针对覆盖点目标和区域目标两种应用背景进行功率增强子星座优化设计及性能评估。分析结果表明:全球范围内任意目标点进行功率增强需要12～17颗卫星;实现对我国沿海地区的连续覆盖需要18颗功率增强卫星;覆盖整个亚太地区则需要全星座24颗卫星都具备功率增强能力,这样才能满足其连续性和精度要求,此时最优功率增强子星座的服务范围可扩充至全球区域。     

导航星座损伤模式优化分析

基于攻防对抗下的导航星座损伤模式优化分析,建立了导航星座的区域PDOP可用性优化模型,解决了不规则构型卫星星座出现较多损伤卫星时无法有效求解的问题。针对全球定位系统(GPS)和北斗卫星导航系统(BDS)进行了优化仿真和对比分析。结果表明,导航星座的轨道平面数越多,其应对出现导航星座损伤的能力越强。建立的优化模型对导航星座构型设计和应对攻防对抗中星座出现损伤具有一定参考价值。     

卫星姿态偏转时的覆盖仿真

在卫星覆盖特性分析中,一般仅考虑卫星的波束主轴（及覆盖圆锥中心线）通过地心时的覆盖情况,主要研究卫星姿态发生偏转后,波束主轴偏离地心时的覆盖情况,并进行了动态覆盖仿真,模拟并分析了几种卫星及星座在姿态发生偏转时覆盖区域的变化情况。     

一种新的卫星导航星间链路测距体制及其定轨性能分析

现有的GPS星间链路轮询时分测距体制未针对定轨性能进行优化。对轮询时分测距体制进行改进,提出了一种新的分组时分测距体制,通过对整星座所有卫星进行分组测距来提高星间测距链路数量,从而提高星地星间联合定轨精度。以整星座平均定轨精度最优为目标,提出了两步优化算法,得到星间总测距链路数最多的卫星分组,使每组内卫星的星间测距DOP值最小。仿真结果表明,采用优化算法得到的最优分组时分测距方式对卫星定轨精度有明显改善。     

δ星座的分析与设计

卫星星座的选择与设计是航天任务实现中的一项重要环节。如何有效地进行δ星座的设计是本文着重探讨的问题。本文首先从集合的角度探讨了任一时刻多颗卫星对地面给定区域覆盖情况的分析方法，利用仿真计算，对δ星座进行分析，提出δ星座的设计方法，并给出了相应的仿真设计结果。     

近极轨微纳卫星星座高速数传模型路由算法

基于近极轨微纳卫星星座在高速数据传输模型下的网络特点，给出近极轨微纳卫星星座的高速数据传输的模型，分析适用于该模型的路由算法，推导该路由算法开销的计算方式，说明了算法在高速数传模型下的不足；给出算法的改进策略；利用NS3网络仿真平台建立微纳卫星星座高速数传网络场景，仿真了该场景下采用改进路由算法前后的关键性能指标。研究结果表明：在近极轨微纳卫星星座构建的高速数据传输网络中，改进算法在使得吞吐率和分组到达率有所提升的同时，显著降低了网络系统路由开销，微纳卫星高速数据传输网络的性能得到优化。     

光学成像侦察卫星威胁特性分析与仿真研究北大核心

为有效评估光学成像侦察卫星对地面目标的威胁,在对光学成像侦察卫星的成像过程以及影响其成像效果的成像条件进行分析的基础上,建立了基于目标检测概率的卫星威胁特性分析和预报模型,划分了威胁等级。通过STK/Matlab联合仿真,实时显示卫星在轨运行情况以及卫星对目标区域的覆盖信息,计算并输出在过境时间段内光学成像侦察卫星的威胁结果。仿真结果表明,该方法可提供更可靠和直观的光学成像侦察卫星威胁结果。     

星地距离变化对星地双向时间比对的影响及改正

星地时间同步是卫星导航系统的关键技术,星地双向时间比对能有效提高星地时间同步的精度。在分析了星地距离变化对星地双向时间比对可引起百纳秒量级误差后,提出了前后历元观测数据差分改正方法,通过数学仿真验证该方法能达到纳秒量级精度。     

光学成像侦察卫星威胁特性分析与仿真研究

为有效评估光学成像侦察卫星对地面目标的威胁,在对光学成像侦察卫星的成像过程以及影响其成像效果的成像条件进行分析的基础上,建立了基于目标检测概率的卫星威胁特性分析和预报模型,划分了威胁等级。通过STK/Matlab联合仿真,实时显示卫星在轨运行情况以及卫星对目标区域的覆盖信息,计算并输出在过境时间段内光学成像侦察卫星的威胁结果。仿真结果表明,该方法可提供更可靠和直观的光学成像侦察卫星威胁结果。     

局部空域覆盖的回归轨道预警星座设计方法

针对低轨预警卫星星座设计问题,提出一种局部空域覆盖的回归轨道预警星座设计方法。根据可能来袭弹道确定需覆盖的空域,利用目标与卫星的可见性条件,求出能有效覆盖的卫星位置集合,以时间覆盖缝隙最小化为目标建立星座的优化模型,并给出基于最优轨道的求解算法。实例分析发现,对实例中空域的无时缝覆盖只需要8颗卫星。     

星座卫星移动通信系统最新发展及启示

星座卫星移动通信系统是未来卫星通信应用的主要发展方向,凭借卫星固有优势和新技术优势的融合,星座卫星移动通信系统受到了国内外的高度重视和关注。本文从国外和国内两个方面分析了同步轨道和低轨道两类星座卫星移动通信系统的最新发展现状,重点介绍了国外的Inmarsat系统、Starlink系统和国内"天通一号""鸿雁""虹云"系统。结合星座卫星移动通信的应用特点,分析得出低轨道、军民两用、智能通信、低成本及高质量通信是卫星移动通信系统的发展趋势。星座卫星移动通信系统具有巨大的商业通信和军事应用价值,我国必须充分利用长期积累的航空航天和卫星通信技术经验,合理规划利用太空资源,加强星座卫星移动通信系统建设,依托卫星移动通信系统构建"天地一体化"网络,推动信息化建设。     

低地球轨道卫星网络节能方法

通常卫星的唯一能源来源是太阳能,因此星上网络设备的能源供应问题比地面网络的更加严峻。通过修改和扩展链路容量受限的最小代价多商品流模型来适应卫星网络这一特殊的体系结构,并基于低轨道卫星网络的多重覆盖机制和流量分布模型,改进现有的启发式算法来关闭冗余的卫星节点、星地链路和星间链路。在满足链路利用率和路由跳数增加比例约束的条件下,仿真实验中关闭上述三种参数的比例分别可达59%、61%和72%,卫星网络的总体节能比例可达65%。