基于覆盖性能的Walker-δ星座构型保持

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低轨星座构型保持研究现状与分析

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星座构形是对星座空间几何结构以及卫星间相互关系的描述'反映了星座中卫星的时空布局 $ *>+ 星座作为一个庞大的空间系统 '稳定的构型是其发挥正常功能的基础 $
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基于参考轨道的Walker星座相对相位保持策略

致的卫星轨道相位演化为
△ ［＋ＡＡＡ】
计轨道的偏差．
】＿）（（ｆ６０）
式中， △Ａ为卫星实际工作相位相对二体条件下设
由上式可见，对轨道高度、心率和轨道倾角相偏同的一类卫星，它们因轨道摄动导致相位长期漂移的主要部分是相同的，不会产生显著的相对相位并变化，但是由于人轨偏差的存在，使得各卫星的相位长期漂移出现差异．
式中，＝０１一ｅ），为地球赤道半径，＝Ｐ（Ｒ卢
相对相位保持策略
基于前面给出的星座结构演化分析结果，以可
等ｍ月或阳质，为球量，球太的量。质，为Ｍ地ｒ
为月地距离或者日地距离，为白道地球赤道交角ｉ
１２星座相对相位演化．
力和摄动力作用下，对应的运动方程的轨道解包其
括长期变化项的形式为
ｆ＝ｎｅ：ｅ Ⅱ 。，。
ｌ＝ｉ＋。）（）０ ’ ｉ（０＋０Ｉ一，ｌ＝＋（ —ｏ＋（ｆｔＤ））
・
４・６
空间控制技术与应用
算例，对这种相对相位保持策略进行了分析．
或者黄赤交角．需要注意的是，公式中所用的轨道根数均为平均根数。．文若无特别声明，道根数。下轨
均是指平均根数．

通信卫星星座优化设计综述

通信卫星星座优化设计综述莫宇;闫大伟;游鹏;雍少为【摘要】Constellation optimization design for satellite communications is one of the key steps to construct a communication system. The methods of constellation design are divided into optimization model and evolu-tionary algorithms,and the prospect is brought forward. Firstly,a general optimization model for the con-stellation design of satellite communication is proposed and the methods of setting up the optimization varia-bles,objective functions and constraint conditions are introduced from three aspects of coverage perform-ance,inter-satellite links and cost of system. Then three kinds of multi-objective algorithms in satellite constellation design are stated,and characteristics of four algorithms are summarized. Meanwhile,their mer-its and drawbacks are compared in satellite constellation design. Finally,problems in constellation design are pointed out and future research directions are forecasted.%通信卫星星座优化设计是构建通信星座系统的关键环节。

低轨通信卫星星座的建设与构想

低轨通信卫星星座的建设与构想作者：张有志来源：《计算机与网络》2020年第17期摘要：随着航天产业的发展，基于低轨星座的通信、导航、遥感等方面的应用规划方案日益增多，尤其是通信卫星星座的建设炙手可热，而我国由于受限于特殊国情和国际政治环境等因素，在低轨通信卫星星座方面发展缓慢。

鉴于此，在对比和总结国外各类低轨通信卫星星座的构成和发展演进情况基础上，提出了低轨通信卫星星座系统的建设和发展方向建议，并对星座建设过程中可能存在的一些问题进行了简要论述。

关键词：低轨通信星座；星座建设；多功能融合；天地一体化中图分类号：TN927文献标志码：A文章编号：1008-1739（2020）17-70-40引言相较于地球同步轨道上的通信卫星，研发和部署位于低地球轨道上的通信卫星有着诸多优势，例如轨道高度降低带来的低通信时延，以及卫星体积和重量降低带来的低研发成本和低发射部署成本等优点。

目前，国内外低轨卫星星座系统的建设工作在如火如荼地开展，且多集中在通信系统领域。

早期的低轨通信卫星星座系统充分利用卫星覆盖不受地理和距离限制的特点，主要用于满足地面移动通信网络不发达地区，以及空域和海域作业时的个人移动通信需求服务等。

近年来，随着互联网的发展和地面通信网络的建设，低轨卫星在宽带接入、导航增强和卫星物联网等领域的应用也在不断探索和发展。

我国低轨卫星通信由于受到国内发达地面移动通信系统的挑战，以及国际关系和地缘政治等因素的影响而发展缓慢。

面对如今宽带通信的快速发展，从满足人民日益增长的美好生活需要和国家战略安全考虑，亟需加快我国低轨通信卫星星座的建设和发展。

1低轨通信卫星星座发展现状1.1典型通信卫星星座的发展上世纪末和本世纪初，国外涌现了一批低轨通信卫星星座系统，典型的包括铱星（Iridium）、轨道通信（ORBCOMM）及全球星（GlobalStar）等。

以铱星为例，1987年在汽车电子和通信电子领域处于绝对领先地位的摩托罗拉公司，正式提出了在太空建立铱星系统进行全球网络覆盖的概念，于1998年完成建设并开始运营。

卫星ais星座设计及性能分析

HE Jing1，LIU Min⁃wei1，SONG Guo⁃lin1，WANG Dong⁃yu2，WANG Quan1
（1.Space Star Technology CO .LTD，Beijing 100086，China；2.PLA Strategic Support Force，Beijing
Walker and the factors of the constellation are: 40/5/4. The results of the simulation indicated that this
type of satellite-based AIS constellation having good coverage performances.
连续覆盖，对高纬度区域的覆盖能力较差，不能满足
Globalstar 系统采用 Walker 的δ星座
AIS 全球海域覆盖的要求。文献[8-9]采用不同的优
[2-3]
。
卫星 AIS（Automatic Identification System）系统
通过使用低轨（Low Earth Orbit，LEO）小卫星或小卫
摘要：针对单颗 AIS 卫星覆盖率低、完成全球覆盖所需时间长、实时性差的缺点，结合卫星 AIS 应用
的特点，提出一种全球覆盖的 AIS 卫星星座，并分析了星座组网各阶段的覆盖性能。卫星星座采用
太阳同步轨道卫星组网，采用 Walker δ星座设计方法，特征因子为 40/5/4，仿真结果表明该星座具
有较好的全球覆盖性能。
作者简介：何京（1987—），男，四川达州人，硕士研究生，工程师。研究方向：卫星通信技术。
-100-
何京，
等
卫星 AIS 星座设计及性能分析

一种Walker星座中长期碰撞预警方法[发明专利]

专利名称：一种Walker星座中长期碰撞预警方法
专利类型：发明专利
发明人：李全军,郭永康,王建伟,张莹,王鼎蔚,曾光,徐揽申请号：CN202011102410.9
申请日：20201015
公开号：CN112257016A
公开日：
20210122
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明提供一种Walker星座中长期碰撞预警方法，包括如下步骤：步骤一：确定Walker‑δ星座构型的长期演化规律，步骤二：建立中长期碰撞预警模型，根据模型确定存在碰撞风险的相位差，利用Walker‑δ星座构型的长期演化规律，分析星座卫星碰撞与相对相位之间的关系，建立基于相对相位的碰撞预警确定模型，解决星座卫星中长期碰撞预警问题。

申请人：中国西安卫星测控中心
地址：710000 陕西省西安市新城区咸宁东路462号
国籍：CN
代理机构：北京华际知识产权代理有限公司
代理人：曹书华
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低轨巨型星座构型设计及覆盖分析方法

CATALOGUE 目录•低轨巨型星座构型设计•星座覆盖分析方法•数值模拟与仿真•未来发展趋势与挑战•应用场景与案例分析低轨巨型星座的概念构型设计的目标构型设计概述卫星平台的选择根据任务需求和系统要求，选择适合的卫星平台，考虑其性能、可靠性、成本等因素。

卫星有效载荷根据任务需求，配置合理的有效载荷，如通信天线、功率放大器、低噪声放大器、频率源等。

卫星平台设计通信频段和带宽通信协议和调制方式有效载荷设计轨道与部署策略轨道高度的选择部署策略的制定覆盖需求分析030201星间通信与网络拓扑覆盖性能评估覆盖效率评估星座的网络性能，包括网络吞吐量、延迟、丢包率等。

网络性能安全性与隐私保护模拟工具与环境Python卫星通信仿真器MATLAB/Simulink星座构型参数优化卫星轨道高度和倾角优化低地球轨道的高度和倾角，以实现更好的覆盖效果。

卫星布局优化卫星在轨道上的布局，以提高覆盖的连续性和均匀性。

卫星通信链路设计优化卫星之间的通信链路，以确保信息传输的可靠性和实时性。

覆盖性能仿真与验证先进通信技术应用随着5G、物联网等先进通信技术的发展，低轨巨型星座的通信能力将得到极大提升，满足更高要求的应用场景。

卫星平台的升级随着科技的不断进步，卫星平台的性能将得到进一步提升，包括更高的数据处理能力、更强的通信能力等。

新型传感器与设备新型传感器和设备的研发和应用，将增强低轨巨型星座的感知能力，提升其数据处理和分析的准确性。

技术创新与升级频谱管理与干扰协调频谱共享与优化随着低轨巨型星座的发展，频谱资源将越来越紧张，因此需要研究更高效的频谱共享和优化策略，提高频谱利用率。

干扰抑制与协调由于低轨巨型星座的卫星数量众多，相互之间的干扰问题将日益突出，需要研究有效的干扰抑制和协调策略，保证星座的正常运行。

1安全性与防护策略23随着低轨巨型星座的发展，其面临的安全漏洞和威胁也不断增加，需要加强安全防护措施，确保星座的安全稳定运行。

星间链路方案的设计与评价方法

星间链路方案的设计与评价方法赵岳;易先清;侯振伟【摘要】星间链路技术降低了卫星通信网络对地面站的依赖,使得基于星间链路的卫星通信与组网具有地面网络难以比拟的优势.传统研究集中于星间链路的可行性分析和构建方法,对星间链路方案设计缺乏评价.从实际应用的系统性和构建流程的完整性出发,提出一种基于星座特性分析的星间链路方案设计方法,并为方案性能检验和选择提出了基于路由性能的评价方法.最后,通过对实际系统星间链路方案的设计和评价,验证了所提方法能够针对任务需求构建可行方案并通过路由性能比较选出最优方案.%The inter-satellite link (ISL)technology reduces the dependence of satellite communication network on the ground station so that ISL-based satellite communication and networking show incomparable advantages over territorial network.Conventional studies focus on the feasibility analysis and construction method of the ISL in absence of design evaluation.Based on the systematic application of the system and the integrity of the process, this paper proposes an ISL design method based on the constellation analysis and presents a routing performance evaluation method for performance evaluation and selection of the schedule.In the end, through ISL plan design and evaluation, the paper draws a conclusion that the proposed method can be used to make a feasible scheme meeting task demand and select an optimal plan by routing performance comparison.【期刊名称】《装备学院学报》【年(卷),期】2017(028)001【总页数】7页(P74-80)【关键词】星间链路;拓扑结构;方案设计;路由性能;评价方法【作者】赵岳;易先清;侯振伟【作者单位】国防科技大学信息系统工程重点实验室, 湖南长沙 410073;国防科技大学信息系统工程重点实验室, 湖南长沙 410073;国防科技大学信息系统工程重点实验室, 湖南长沙 410073【正文语种】中文【中图分类】TN927卫星通信网络通过地面站和空间星座协作完成信息的发送、传输、处理和接收的任务。

Walker星座性能修复构型重构的弹性力学解法

较大者尽可能小，提升观测窗口密度。
导致Ｗａｌｋｅｒ星座中单颗卫星失效的原因可能
式中：Ｓ＝４πＲ２ｅ为地球表面积；Ｒｅ为地球半径，球冠
来自于卫星自身故障或空间碎片小动量碰撞，而同
Ｓｐ＝ πＲ２ｅ［ｓｉｎ２ ζ ＋（１－ｃｏｓζ）２］
导致的卫星解体或空间碎片大动量碰撞产生的碎片
（４）
开，一段时间后散布相位区间增大［１９］，引起Ｗａｌｋｅｒ
星座单颗、相邻多颗、甚至某个轨道面内所有卫星均
１．２轨道调整模型
考虑星座重构时为了节约燃料消耗，均采用
Ｇａｕｓｓ摄动方程进行轨道小偏差调整。
１．２．１相位调整
为保证均匀对地覆盖，Ｗａｌｋｅｒ星座中卫星均为
Ω ｉ＝ Ω０＋ｉ·ΔΩ ｉ＝１，…，Ｐ－１
式中： ΔΩ ＝
（１）
２π
，Ω０为基准轨道面升交点赤经。
Ｐ
Ｗａｌｋｅｒ星座有全球覆盖率和时间分辨率２项重要
指标。
１．１．１全球覆盖率
全球覆盖率主要由倾角ｉ、轨道高度ｈ和卫星的
对地覆盖波束半张角 θ 决定，如图１所示，全球覆盖
本文试用薄膜弹性力学理论求解Ｗａｌｋｅｒ星座
对地观测、导航和互联网通信等。近年来，随着卫星
搜索方式显现出维数灾难问题［１４］。
降低。而全球观测覆盖率、重访时间分辨率等需求
性能修复构型重构策略。
司Ｓｔａｒ⁃ｌｉｎｋ互联网星座预计最终部署约４２０００颗
１在轨重构问题描述
增长使得星座中卫星数量急剧增长，如Ｓｐａｃｅ⁃Ｘ公
不考虑剪切应变的正交异性薄膜板刚度矩阵

Walker星座星间链路分析

ＧＳＩＰＩＲ—ＧＳＩＰＦ就增加了特高频（ＨＦ星间链路ＩＵ）
（ｎｒａｌｔＬｎｓＩＬ）为ＧＳ卫星自主导航提Ｉｔ．ｔｌｅｉｋ，ｓ，ｅｓｅｉＳＰ
路数据模拟，卫星导航系统星间链路的几何特性，及星问链路预算等问题＿４。在众多星座构型中，３＇ＪＷａｅ星座因其优良特性在卫星导航领域得到了ｌｒｋ广泛应用，关学者分析了Ｗａｅ相ｌｒ星座空间结构、ｋ
ｅａｏｆａｌｔｎｖｇｔｎｓｓｍｂｃｍｓｒｎｏｅｉｐｒｎ．Ｉｔ —ｓｔｌｅＬｎＩＬｓｅｃ — ｒｔｎｏｓｔｌｅａｉｉｙｔｅｏｅｅａｄｍｒｏｔｔｎｅａｅｉｉｋ（Ｓ）ｉａｋｙｔｈｉｅｉａｏｅｍｏｍａｒｌｔｅ
Ｗａｋｒｌｅ星座可建立多条星间链路。
关键词Ｗａｅ星座；ｌｒｋ星间链路；方位角；仰角；距离
中图分类号：２７１２７
文献标识码：Ａ
ＩＮＴＥＲ．ＡＴＳＥＬＬＩＮＫＳＡＮＡＬＹＳＳ０ＦＷＡＬＫＥＲＴＥＬＩＩＣｏＮＳＴＥＬＬＩＴＥ
ｎｌｇｏｏｙ．Ｔｈａｋｅｏｔｌｔｏｔｕｔｅ，ａｄｉｓｃａｅｏｉｓ，ｆｅｕｎｉｓａｄｒｌｓｏｎｅ —ａｅｌｅｌｎｓａｅｉ — ｒｑｅｃｅｎｕｅｆｉｔｒｓｔｌｉｉｋｒｎｔｔｏｕｅＢｅｉｅｒｄｃｄ．ｓｄｓ，ｔｅｃｎｔｕｃｉｎｍｅｈｄａｉｉｉｉｆｉｔｒｓｔｌｔｉｋｆＷａｋｒｃｎｔｌａｉｎａｅａａｙｅｈｏｓｒｔｏｔｏｎｄｖｓｂｌｔｏｎｅ —ａｅｌｅｌｎｓｏｌｅｏｓｅｌｔｏｒｎｌｚｄｙｉａｄｔｅｎｈｎ，ｔｅａｉｔｈｚｍｕｈ，ｅｅａｉｎ，ａｄｒｎｅａｅｃｍｐｕｅｓｗｅ１ｔｄｈｗｓｔｔｍｕｔｐｅＩＬａｕｌｉｌｖｔｏｎａｇｒｏｔｄａｌ．ＳｕｙｓｏｈａｌｉｌＳｓｃｎｂｅｂｉｎｔＷａｋｒｃｎｔｌａｉｎ．ｌｅｏｓｅｌｔｏ

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ｉｔｎｎｅｗｉｅａｃｍｐｉｈｄａｔｒｔｅｔｒｅａｅｌｅｉａｊｓｄｔｓｎｍｉａｏｉｏ．Ａｎｍｅｉｉｎｅａｃｌｂｃｏｌｅｆａｇｔｓｔｌｔｓｄｕｔｏｉｏｎｌｓｉｎｕｒｓｍ— ｌｓｅｈｉｅｔｐｔｃ
ｗｔｉｏｅａｅｚｎｎｂａｎｇｏａｏｅａｅｉｆｒｔｎｉｎｃｖｒｇｏｅａｄｏｔｉｌｂｌｃｖｒｇｎｏｍａｉ．ＣｎｉｅｉｇＪｅｔｒａｉｎｔｅｎｍｉａｏｈｏｏｓｒ２ｒｂｔｈｏｎｌ — ｄｎｐｕｏｐ
ＹＡＮＧａｌｎＸｉｏｏｇ，ＬＩＺｏｇｎＵｈｌｎｉｅｉ，ｅｉ０１０ＣｉａｅｉｇＩｓｔｔｆＣｎｏＥｇｎｒｇＢｉｇ１０９，ｈｎ）ｊｉｒｅｎｊｎ
Ａｂｓｒｃ：ｎｉｅｉｈｏｒｉａｅｒｌｔｎｈｐａｎａｅｌｔｓｏａｋｒ６ｃｎｔｌｔｎ，ｏｆｇｒ — ｔａｔＣｏｓｄｒｎｇｔｅｃｏｄｎｔｅａｉｓｉｍｏｇｓｔｌｉｆＷｌｅ一ｏｓｅｌｉｏｅａｏａｃｎｉｕａｔｏｉｔｎｎｅｓｒｔｇａｅｎｃｖｒｇｅｆｒｎｅｉｒｐｓｄｉｈｓｐｐｒＣｏｅａｅｐｒｏｍａｃｉｎｍａｎｅａｃｔａｅｙｂｓｄｏｏｅａｅｐｒｏｍａｃｓｐｏｏｅｎｔｉａｅ．ｖｒｇｅｆｒｎｅａｉｃｉｉａｔｏｔａｅｙｉｂａｎｄｂｎｉｒｖｄｇｉｉｌｔｏｔｄ．Ａｃｏｄｎｇｔｈｅｍｅｓａｄｓｒｍｎｎｆｓｒｔｇｓｏｔｉｅｙａｍｐｏｅｒｄｓｍｕａｉｎｍｅｈｏｃｒｉｏｔｅｇｏ — ｔｙｒｌｔｎｂｔｅｒｄｐｉｔｓｂ－ａｅｌｅｐｉｔｔｉｍｐｏｅｔｏａｅｕｅｏｆｎｈｓｒｄｒｅａｉｅｗｅｎｇｉｏｎｕｓｔｌｔｏｎ，ｈｓｉｒｖｄｍｅｈｄｃｎｂｓｄｔｄｔｏｅｇｉｓｏｉｉ
ｓｔｏｆｓｔｌｉｅｉｙａｃＩｐｒｔｏｆｃｎｔｌａｉｎ．ｗｈｎｄｓａｉｆｅｒｄｒ０ｄ，ｔｅｓｔｌｔｉｎｏａｅｌｔｓｄｎｍｉ．ｎｏｅａｉｎｏｏｓｅｌｔｏｉｅｉｓｔｓｄｇｉｓａｅｆｕｎｉｈａｅｌｅｉｗｉｈｒｄｃｄｃｖｒｇｅｆｒｎｅｃｎｂｏｎｄａｃｒｉｇｔｔｏｎｌｐｏｉｉｎＴｈｏｆｇｒｔｏ — ｔｅｕｅｏｅａｅｐｒｏｍａｃａｅｆｕｃｏｄｎｏｉｎｍｉａｓｔｏ．ｓｉｅｃｎｕａｉｎｍａｉ
第３８卷
第２期
空间控制技术与应用
ＡｅｏｐｃｎｒｌａｄＡｐｌｃｔｎｒｓａｅＣｏｔｏｎｐｉａｉｏ・５・３
２２年４月０１
基于覆盖性能的Ｗａｋｒｊ星座构型保持ｌｅ．６ｉ
杨晓龙，忠汉刘
的点，合各卫星的标称位置，以找出影响覆盖性能的卫星．后将该卫星调整到标称位置即可结可最
完成构型保持．最后给出构型保持策略的仿真算例，真结果表明了策略的有效性．仿
关键词：Ｗａｅ．ｌｒｋ８星座；构型保持；覆盖性能；网格点仿真中图分类号：４Ｖ文献标识码：Ａ文章编号：１７ —５９２１）２０５￣５６４１７（０２０ — ３０
网格点的几何关系，以快速判断处于覆盖区的网格点，后统计出星座的全球覆盖信息．星的可然卫
标称位置是考虑．项摄动长期影响得到的动态位置．，，星座运行过程中，一旦发现不满足覆盖要求
ＤｏＩ０３６／．ｓｎ１７ —５９２１．２０：１．９９ｊｉｓ．６４１７．０２０．１１
Ｗａｋｒ６ＣｏｔｌｔｏｎｉｕｒｔＯａｎｔｎａｅＢａｅｌｅ－ｎｓｅｌｉｎＣ０ｆｇａｉｎＭｉｅｎｃｓｄａｏｖｒｇｒｏｍａｃｎＣｏｅａｅＰｅｆｒｎｅ
（北京控制工程研究所，北京１０９）０１０摘要：考虑到Ｗａｅ一ｌｒｋ８星座中各星相互协作关系，出一种基于覆盖性能的星座构型保持策略．提
作为策略判别指标的覆盖性能由一种改进的网格点仿真法获取．种改进方法依照卫星星下点与这