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。     

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.     

单航天器无需变轨与Walker星座多星交会的充分条件及特性分析

以Walker星座为研究对象,对单航天器无需变轨实现多星交会的问题展开研究。从Walker星座相位同构特性出发,得到了单航天器无需变轨能够对多颗星座卫星交会的充分条件,对交会的星座卫星的数目和星座卫星组合等问题进行了研究。在此基础上,提出了利用解析法求解交会轨道的轨道设计方法,并对交会轨道的特性进行了分析。对交会更多星座卫星(大于3颗)的可能性展开了讨论。研究结果可为单航天器无需变轨对星座多星交会提供理论依据。     

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。     

空间机器人抓捕任务的六自由度同步控制逼近策略

利用空间机器人抓捕目标卫星是航天器在轨服务的主要模式之一.针对空间机器人对无控旋转卫星的抓捕逼近问题,为了提高适合抓捕的时间范围,研究了六自由度(6-DOF)同步控制逼近策略.采用修正罗德里格斯参数描述姿态,给出了无控旋转卫星的运动模型;假设空间机器人采用动量轮控制姿态,通过分开处理轨道同步和姿态同步建立了6-DOF同步控制问题模型;考虑惯量参数的不确定性,利用自适应输出反馈控制原理,分别推导了轨道同步和姿态同步跟踪控制律.仿真算例表明在空间机器人惯量参数不确定和摄动作用下可以有效实现同步跟踪.     

基于稳态遗传算法的间歇式覆盖天基雷达星座优化设计

针对天基雷达星座的构型优化设计,建立了能够反映星座重要工作性能的单双基地间歇式覆盖模型、星间链路模型、双基地雷达的动目标检测模型,得到了低轨道卫星星座星间链路判断准则,给出了统计评价特性和综合评估指标体系。在此基础上,建立星座设计的优化模型,采用基于可行解搜索法的协同演化遗传算法并融入稳态遗传进化策略,有效地处理带有复杂计算的目标函数和约束条件的星座优化问题,计算分析实例表明利用该方法进行星座设计是非常有效的。     

CODE新光压模型对北斗混合导航星座精密轨道确定的影响

运用卫星定轨软件工具包NUDTTK,分析了欧洲定轨中心扩展的经验光压模型(EECOM)对北斗二代混合导航星座精密轨道确定的影响。研究表明:对地球静止轨道卫星而言,EECOM能够明显改善定轨精度,相比于传统的ECOM-9和ECOM-5模型,卫星激光测距检核精度分别提高17.4%和35.1%。对倾斜地球同步轨道卫星和中轨道卫星而言,采用ECOM-5模型的定轨精度要优于采用EECOM和ECOM-9模型的,新光压模型EECOM并不能有效改善倾斜地球同步轨道卫星和中轨道卫星的定轨精度。与IGS数据分析中心WHU、GFZ和CODE的轨道产品相互比对的结果显示:目前,国防科技大学北斗精密轨道产品中,地球静止轨道卫星的定轨精度为1~4 m,倾斜地球同步轨道卫星的定轨精度为25~30 cm,中轨道卫星的定轨精度为10~20 cm。     

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。     

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。     

跻身世界航天发射场的前列

这里拥有现代化的火箭、卫星厂房,完善的火箭卫星专用特种装备和各种先进的检测系统;各种先进的自动控制、数据传输、数据处理、通信保障手段,可满足太阳同步轨道卫星和低轨道通信卫星测试发射的技术要求——这就是屹立在黄土高原的太原卫星发射中心,一座先后完成百余次大型发射试验任务、卫星发射成功率达100％、令世人瞩目的航天城。     

军用卫星的发展趋势分析

给出了军用卫星未来的发展趋势 ,包括成像侦察卫星、预警卫星系统、通信卫星系统和导航卫星系统的发展趋势 ,指出了小卫星应用的发展方式 ,归纳了卫星组网的设计方法和应用现状 ,最后分析了小卫星编队飞行的应用特点。     

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。     

基于GEO/LEO两层星座的卫星组网结构分析

提出了一种基于GEO/LEO两层星座的卫星组网结构,在两层星座中建立了立体交叉的层内、层间星际链路,实现了GEO/LEO两层卫星星座的优势互补,具有组网灵活、管理简单等特点.通过快照周期定义了星座中各卫星的逻辑位置,并基于逻辑位置提出了对LEO卫星的分群和分组管理:包括LEO卫星的逻辑分群,群内LEO卫星的分组,以及分组内组长LEO卫星的选取和备份机制.在该卫星组网结构中,各星座协同运行,数据传输方式多样,能提高卫星网络的性能.     

Walker星座自主定轨误差分析

通过对Walker星座中卫星间的相对运动进行分析,给出星间相对距离的解析表达式及其对轨道根数的偏导数,直观地描述在同轨道面和异轨道面的星间观测对轨道根数变化的体现情况;根据星座中卫星的相对位置,提出合理的约束条件和平差方法,利用星间测距网实现星座的整网定位;通过仿真算例,比较在不同情况下,采用合适的整网定位方法对轨道根数的系统误差和随机误差修正的情况。     

利用星载GPS伪码测距进行小卫星星座的整网定位

首先针对小卫星星载ＧＰＳ伪码测距，基于星间差分消除／消弱误差，并引入星座网形约束，论述了星座模式下提高小卫星定位精度的一种整网数据处理方法，并给出了一个算例。然后进一步论述了不依赖ＧＰＳ的小卫星星座测控，以及提高小卫星星座定位自主性问题的几点设想。     

LEO/MEO双层卫星网络设计及仿真

针对单层卫星网络功能单一、可靠性较低以及三重卫星网络链路冗余度过高、实现复杂的问题,提出了利用LEO/MEO卫星构建双层网络的构想.基于"最坏观察点"与"覆盖带"理论设计了"弱连接"的LEO/MEO双层卫星网络星座,给出了星际链路建立原则.仿真结果表明,所设计的卫星网络具有全天时全球覆盖能力,有利于星际链路的建立.     

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。     

基于遗传算法的卫星通信干扰资源分配

针对卫星通信对抗中干扰资源分配这个问题,利用遗传算法在解决组合优化问题上的优点,提出了一种基于遗传算法的卫星通信干扰资源分配方法。利用这种方法对某给定的作战情况进行仿真,仿真的结果表明,尽管这是一种求得近似最优解的方法,但这种干扰资源分配方法是比较有效的,并且分配的结果具有一定的可信度。     

北斗系统星载原子钟周期性波动的频谱分析校正方法

在建立卫星导航系统星座自主守时时间基准时,必须消除星载原子钟钟差数据中包含的周期性波动,以免将其引入系统时间。针对这一问题,基于国际卫星导航服务组织(International GNSS Service, IGS)提供的北斗系统星载原子钟钟差产品,提出了一种基于频谱分析的星载原子钟周期性波动校正方法。通过比较校正前后钟差数据的频率稳定度性能差异,确认该方法能够消除由环境因素引起的钟差数据周期性波动。北斗系统各类卫星星载原子钟的性能在校正后都得到了提升。地球同步轨道卫星星载原子钟的万秒频率稳定度提升50%左右,中轨道地球卫星星载原子钟的万秒频率稳定度提升23%左右,倾斜地球同步轨道卫星星载原子钟的万秒频率稳定度提升15%左右。经过校正,北斗二号和北斗三号系统中的星载原子钟普遍达到了地面站铯钟的频率稳定度性能,为完全基于星载原子钟的星座自主守时提供了基础。