基于STK的LEO通信系统星座仿真分析技术
基于STK的LEO通信系统星座仿真分析技术
摘 要 低轨道卫星通信系统的星座结构决定了卫星星座对指定区域的覆盖质量，是保障低轨道卫星通信效果的前提和保障，要对某种特定组织结构的卫星星座覆盖特性进行分析。本文首先建立了典型低轨卫星通信系统星座仿真模型，然后通过星座仿真模型对其覆盖特性进行了分析，并给出了分析结果。
关键字 低轨卫星通信系统 星座 仿真 覆盖特性
Simulation analysis technology on characterisric of LEO
communication system’ Constellation based STK
FU Hai-peng ,CHAI Ke-jun,JIANG Fang
Abstract: The covering character of the appointed district is decided by the structure of
LEO’s constellation,which is the premise and guarantee of LEO’s correspondence result,so the
covering charactet of representative structure should be analysed.This text built up simulation on
LEO’s constellation,then analyse the covering charactet of it and give an analytical result.
Keywords:LEO;constellation;simualtion; simulation system; the covering charactet
1 引言
利用低轨道（LEO）卫星实现手持机个人通信的优点在于：一方面卫星的轨道高度低，使得传输延时短。路径损耗小，多个卫星组成的星座可以实现真正的全球覆盖，频率复用更有效；另一方面蜂窝通信、多址、点波束、频率复用等技术也为低轨道卫星移动通信提供了技术保障。因此，LEO系统被认为是最新最有前途的卫星移动通信系统，美国的铱（Iridium）系统、全球星（Globalstar）系统等最为典型。
卫星移动通信网络是以卫星星座为基本物理架构，多颗卫星按一定形状分布，通过星际的通信链路形成覆盖全球的天基通信网络，具有一定的覆盖性能。星座系统具有较强的抗毁性、抗干扰性和冗余能力，在个别卫星部分功能失效或个别卫星被破坏的情况下仍能降级使用。星座覆盖性能是卫星通信系统的重要特征，通过对星座覆盖特性的分析将帮助我们了解系统网络组成，链路传播特性，抗干扰性能等。
STK卫星是美国Analytical Graphics公司开发工具包软件，是航天工业领先的商品化分析软件。STK可以快速方便地分析复杂的陆、海、空、天任务，并提供易于理解的图表和文本形式的分析结果，确定最佳解决方案。它支持航天任务周期的全过程，包括政策、概念、需求、设计、制造、测试、发射、运行和应用。
本文将采用STK卫星仿真软件工具，通过对铱星系统星座和全球星系统星座轨道设计理论参数进行分析讨论，以标准轨道根数建立典型低轨卫星通信系统星座仿真模型，进而讨论分析典型星座覆盖特性。
2 典型低轨卫星通信系统卫星星座的轨道根数
2.1经典轨道参数
卫星轨道参数是用来描述在太空中卫星运行的位置、形状和取向的各种参数。在惯性坐标系中描述卫星运动的几个经典根数是：a半轴长，e偏心率，i轨道倾角，Ω升交点赤径，ω近地点幅角，t卫星在轨道上的飞行时间（可用平近点角M代替）。图1为卫星运动轨道六个经典轨道参数的示意图。卫星运动轨道及星下点坐标计算方程可在相关参考书中找到，这里不再敷述，由卫星运动方程以及六个经典轨道参数就可以确定卫星在空间的位置。
图1 描述卫星运动的经典轨道参数
在实际应用中我们常用的是两行星历，在两行星历数据中就包含了卫星最重要的六个轨道参数数，STK卫星仿真工具包也支持两行星历，而且STK还提供了多种对卫星运行轨道影响的因素如地球偏率等，为研究分析卫星运动轨道的性能提供了方便。
2.2铱星通信系统、全球星通信系统星座特点
（1）铱星星座特点
铱星系统星座设计为66颗低轨卫星在距地面约780km高空的6个近极点（倾角为86°）轨道环绕地球运行。每个轨道平面上有1l颗卫星，同向旋转面相隔31.6°，反向旋转面相隔22°【1】。
（2）全球星星座特点
全球星系统星座空间段共有56颗卫星，包括48颗工作星和8颗在空中备用的卫星，这些卫星平均分布在8个倾角为52°的圆形轨道平面上，每个轨道平面内有6颗工作卫星和一颗备用卫星，工作卫星轨道高度为1414km，备用卫星的轨道高度为900km【1】。
2.2铱星通信系统、全球星通信系统卫星标准星座的轨道根数
铱星系统标准星座设计采用圆形极轨道星座，全球星系统标准星座采用网状覆盖星座（Walker星座）【2】。两者的区别在于网状覆盖星座不适合于覆盖南北极的地区，一般选在南北纬72°地区；圆形极轨道有利于覆盖南北两极。这与铱星、全球星系统的特点相符。
根据铱星、全球星系统的相关资料分析，可知铱星通信系统和全球星通信系统卫星标准星座半轴长分别为7185km、7767km，偏心率均为0，轨道倾角分别为86°、52°，近地点幅角均为0°，升交点赤径升交点赤径均按照轨道数量在空间内均匀分布，平均近点角均按照同一轨道面卫星数量在轨道面内均匀分布。
根据上述轨道参数计算铱星和全球星轨道仿真的其他参数，其中每个轨道面的升交点赤径取值见表1，初始平均近点角取值见表2。
表1 铱星、全球星星座轨道面的升交点赤径值
铱星星座 全球星座
轨道面数 升交点赤径Ω 轨道面数 升交点赤径Ω
1 31.6° 1 0
2 2×31.6° 2 1×45°
3 3×31.6° 3 2×45°
4 4×31.6° 4 3×45° 5 5×31.6° 5 4×45°
6 6×31.6° 6 5×45°
- - 7 6×45°
- - 8 7×45°
备注 铱星星座为6个轨道面，全球星座为8个轨道面。
表2 铱星、全球星星座每个轨道面各卫星的初始平近点角值
铱星星座 全球星星座
卫星 奇数轨道面卫星初始平近点角M 偶数轨道面卫星初始平近点角M 轨道面数 第1颗卫星初始平近点角M 同一轨道面内相邻卫星间隔
1 0° 0.5×360/11° 1 0° 60°
2 360/11° 1.5×360/11° 2 7.5° 60°
3 2×360/11° 2.5×360/11° 3 2×7.5° 60°
4 3×360/11° 3.5×360/11° 4 3×7.5° 60°
5 4×360/11° 4.5×360/11° 5 4×7.5° 60°
6 5×360/11° 5.5×360/11° 6 5×7.5° 60°
7 6×360/11° 6.5×360/11° 7 6×7.5° 60°
8 7×360/11° 7.5×360/11° 8 7×7.5° 60°
9 8×360/11° 8.5×360/11° - - -
10 9×360/11° 9.5×360/11° - - -
11 10×360/11° 10.5×360/11° - - -
备注 铱星星座每个轨道面11颗卫星，全球星座每个轨道面8颗卫星。
3铱星通信系统、全球星通信系统标准星座仿真模型建立
STK提供了多种卫星轨道预测模型，其中J4模型和HPOP模型仅考虑了地球偏率的影响，而SGP4模型则考虑了多种因素的影响，最主要的是SGP4模型才是真正与TLE星历配合使用的卫星轨道预测模型。这里使用J4模型产生理想的卫星星座，然后由STK自动将J4模型的卫星星座转换为SGP4模型的星座，这样减少了人为误差，也提高了建模效率。
本文利用MATLAB和STK混合编程实现铱星通信系统、全球星通信系统标准星座仿真建模。
首先，根据前面分析的铱星通信系统、全球星通信系统标准星座的轨道根数，在MATLAB中编写相应的控制程序，通过STK连接模块控制STK生成J4模型（或HPOP模型）的标准轨道模型。
然后，通过MATLAB控制程序，操作STK将生成的J4模型星座转换城SGP4模型星座。采用STK工具包建立的铱星通信系统星座仿真模型见图1，全球星通信系统星座仿真模型见图2。
图1 STK生成的SGP4模型的标准铱星通信系统星座
图2 STK生成的SGP4模型的标准全球星通信系统星座
至此，完成了铱星通信系统、全球星通信系统标准星座仿真模型的建立。由于篇幅限制，这里不再介绍MATLAB控制程序的设计技术。
4铱星通信系统、全球星通信系统标准星座覆盖性能分析
4.1卫星通信系统覆盖性能分析的概念
覆盖性能是星座通信系统在需要的时间和地点动态集中所需卫星容量的能力，具有时间和地点两个方面的属性。评价一个星座系统对某区域的覆盖特性通常有星座覆盖统计性能、单星覆盖率、多星覆盖率等指标。这些覆盖性能均可以通过STK建立的卫星轨道模型仿真得到，本文中仿真条件均为理想条件，地面接收点均为某一指定点位。 星座覆盖统计性能表征了卫星星座对某一指定区域的覆盖水平。它包括两方面的含义，一个方面是某一时刻卫星星座对指定地区的覆盖程度；另一个方面是卫星星座在任一运行周期内，从任一星座覆盖图记起，到卫星星座重新运行到该星座覆盖图的一段时间内，卫星星座的对该区域的覆盖情况【2】。
单星覆盖率是指在目标区域内和星座运行周期各采样站点至少有1颗卫星覆盖的概率。
多星覆盖率是指在目标区域和星座运行周期内各采样站点至少有2颗或3颗以上卫星覆盖的概率。
4.2铱星通信系统、全球星通信系统标准星座覆盖特性分析
STK仿真工具包为我们提供了十分方便的星座仿真分析模块，在STK中可以得到直观的铱星通信系统星座覆盖图（地面最小仰角8.2°）见图3，全球星通信系统星座覆盖图（地面最小仰角10°）见图4，当然也可以将有关数据导出，用于覆盖特性的对比分析。
图3 铱星通信系统星座覆盖图
图4 全球星通信系统星座覆盖图
从两个典型低轨卫星通信系统星座覆盖图可以看出，铱星通信系统可以覆盖全球范围，包括南北极地区，而全球星通信系统的覆盖范围在南北纬72°地区，但不能覆盖南北极地区。
（1）典型低轨卫星通信系统星座覆盖统计特性
计算卫星星座的覆盖特性时，需要在地球的表面取有限个采样点，通过这些采样点的统
LEO卫星通信网络中位置管理策略研究及仿真平台设计的开题报告
LEO卫星通信网络中位置管理策略研究及仿真平台设计的开题报告
开题报告
一、选题背景
随着卫星通信技术的不断发展，LEO（低轨道卫星）网络也成为了通信领域的重要组成部分，具有高速率、广域覆盖、可靠性高等优点。LEO卫星通信网络的位置管理是其中一个重要问题，因为在LEO网络中，卫星不断地运动和改变位置，而用户终端设备也在不断变换所处的卫星信标覆盖范围，从而导致了位置管理的复杂性。因此，在LEO卫星通信网络中设计有效的位置管理策略是非常关键的。
二、研究内容
本课题的研究内容主要包括以下两个方面：
1、LEO卫星通信网络中位置管理的策略研究
本文将研究LEO卫星通信网络中的位置管理问题，综合现有的研究成果，提出一种高效的位置管理策略。该策略将会考虑不同的卫星轨道、用户设备移动的速度等因素，以提高网络的可靠性和数据传输的效率。
2、LEO卫星通信网络位置管理仿真平台的设计
本文将设计一个LEO卫星通信网络位置管理的仿真平台，该平台将考虑不同的用户行为以及不同卫星的轨道参数，能够模拟用户设备在网络中切换卫星时的实际情况，从而使得我们可以通过仿真进行位置管理策略的优化和测试。
三、研究意义
本研究的意义在于：
1、通过研究LEO卫星通信网络中的位置管理问题，可以提高网络的可靠性和数据传输的效率，实现更为稳定和高效的通信。
2、通过设计一个LEO卫星通信网络位置管理的仿真平台，我们可以为通信系统运营商和技术管理者提供一个可靠的测试平台，以便他们能够优化其网络的位置管理策略和流程。
四、研究方法和计划 本研究将采取以下的研究方法和计划：
1、文献综述：对LEO卫星通信网络的位置管理策略和系统架构进行综述，分析现有方案的优缺点，为本文提出的策略和设计方案提供基础。
2、策略设计：根据文献综述的结果，提出一种适用于LEO卫星通信网络的位置管理策略。考虑用户数量、用户状态变化速度、卫星轨道参数等多个因素，以最大化网络的可靠性和效率。
基于STK的GLONASS系统与GPS系统DOP值的仿真分析
基于STK的GLONASS系统与GPS系统DOP值的仿真分析
高晋宁;方源敏;杨展;张志斌
【摘 要】GLONASS constellations based on STK and designs GPS
constellation are simulated according to the designed parameters of GPS
satellites. The visibility number and GDOP values of GPS , GLONASS, GPS /
GLONASS combination in Kunming are compared , and then gives the
corresponding results.%通过STK软件中的卫星数据库模拟了GLONASS卫星星座,根据GPS卫星的设计参数设计卫星星座.对GPS、GLO-NASS、GPS/GLONASS组合的卫星可见数与GDOP值在昆明地区进行了比较,并给出了相应结果.
【期刊名称】《科学技术与工程》
【年(卷),期】2011(011)015
【总页数】5页(P3384-3387,3392)
【关键词】仿真;STK;GPS;GLONASS;卫星导航系统
【作 者】高晋宁;方源敏;杨展;张志斌
【作者单位】昆明理工大学国土资源工程学院,昆明650093;昆明理工大学国土资源工程学院,昆明650093;昆明理工大学社会科学学院,昆明650500;国家天文台乌鲁木齐天文站,乌鲁木齐830011
【正文语种】中 文 【中图分类】P128.15
GPS绝对定位是利用GPS卫星和用户接收机之间的距离观测值直接确定用户接收机天线在WGS—84坐标系中相对于坐标原点—地球质心的绝对位置。GPS绝对定位的误差与精度因子DOP值的大小成正比。在伪距观测精度确定的情况下，尽可能的减小精度因子的数值，是提高定位精度的一个重要途径。GPS/GLONASS的共用相对与单一GPS卫星系统可大幅度提高卫星定位的准确性和可用性，可显著改善卫星星座的DOP因子质量。由于DOP因子与定位精度有着密切的关系，所以本文将通过STK，建立GPS卫星系统和GLONASS卫星系统的空间卫星星座模型，并对影响定位精度的重要指标—几何精度因子(GDOP，Geometry
基于STK的卫星星敏感器视场仿真研究
第２８卷第７期 计算机仿真 ２０１１年７月
文章编号：１００６—９３４８（２０１１）０７—００８３—０４
基于ＳＴＫ的卫星星敏感器视场仿真研究
・ 张辉，郝永杰
（中国科学院光电技术研究所，四川成都６１０２０９）
摘要：研究卫星无陀螺姿态稳定性优化控制问题，针对在轨星敏感器可能会受到太阳光、月光、地气光等杂散光的干扰，从而 降低星敏感器姿态测量精度以及有效姿态率等。首先建立了星敏感器视场遇杂散光的数学模型。为解决上述问题，提出用 Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｔｏｏｌ Ｋｉｔ（ＳＴＫ）仿真软件进行了杂散光进入星敏感器视场的仿真，并给出了星敏感器遇杂散光的时间段、持续时长 等信息。研究方法和仿真结果适用于对任意轨道卫星的星敏感器视场进行杂散光研究，并可用来优化星敏感器在星上的安
装方位，对星敏感器的工程设计提供科学指导作用。 关键词：仿真；星敏感器；视场；杂散光；卫星（仿真）工具包 中图分类号：Ｖ４４８．２ 文献标识码：Ａ
Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｆｏｒ Ｖｉｅｗ Ｆｉｅｌｄ ｏｆ Ｓｔａｒ Ｓｅｎｓｏｒ Ｂａｓｅｄ ｏｎ ＳＴＫ
ＺＨＡＮＧ Ｈｕｉ，ＨＡＯ Ｙｏｎｇ－ｊｉｅ
（Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ Ｏｐｔｉｃｓ ａｎｄ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓ，Ｃｈｉｎｅｓｅ Ａｃａｄｅｍｙ ｏｆ Ｓｃｉｅｎｃｅｓ，Ｃｈｅｎｇｄｕ Ｓｉｃｈｕａｎ ６１０２０９，Ｃｈｉｎａ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ｔｈｅ ｓｔａｒ ｓｅｎｓｏｒ ｏｎｂｏａｒｄ ｍａｙ ｂｅ ｐｏｓｓｉｂｌｙ ｄｉｓｔｕｒｂｅｄ ｂｙ ｔｈｅ ｄｉｆｕｓｅ ｌｉｇｈｔ ｓｕｃｈ ａｓ ｔｈｅ ｓｕｎｌｉｇｈｔ，ｔｈｅ ｍｏｏｎ－
ｌｉｇｈｔ ｏｒ ｔｈｅ ｅａｒｔｈｌｉｇｈｔ，ＳＯ ｔｈｅ ａｔｔｉｔｕｄｅ ａｃｃｕｒａｃｙ ａｎｄ ｔｈｅ ａｔｔｉｔｕｄｅ ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙ ｏｆ ｓｔａｒ ｓｅｎｓｏｒ ｗｉｌｌ ｂｅ ｄｅｂａｓｅｄ．Ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａ－ ｐｅｒ，ａ ｂａｓｉｃ ｓｔｒａｙ ｌｉｇｈｔ ｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌ ｍｏｄｅｌ ｏｆ ｓｔａｒ ｓｅｎｓｏｒ ｉｓ ｂｕｉｌｔ，ａｎｄ ｂａｓｅｄ ｏｎ ｉｔ，ｕｓｉｎｇ ｔｈｅ Ｓａｔｅｌｌｉｔｅ Ｔｏｏｌ Ｋｉｔ
基于STK的GNSS系统的定位精度分析
基于STK的GNSS系统的定位精度分析
刘周巍
【摘 要】利用STK对GNSS系统当中的GPS、GLONASS、BDS系统构建仿真星座模型,比较GPS、GLONASS、BDS系统的可见卫星数和DOP值.对三个系统进行系统间混合组合形成新的系统,组合系统有GPS/GLONASS、GPS/BDS、BDS/GLONASS和BDS/GPS/GLONASS,对组合系统进行仿真实验比较分析不同截止高度角下的可见卫星数变化和DOP值.对不同系统的区域定位性能进行了研究,研究结果表明了在GNSS系统不同组合系统的定位精度中,GPS/BDS/GLONASS的组合精度最高,GPS/BDS的组合是双系统中定位精度最优的,而单系统中BDS是定位精度最优的.
【期刊名称】《软件》
【年(卷),期】2018(039)008
【总页数】6页(P104-109)
【关键词】GNSS;精度因子(DOP);STK;多星座;仿真实验
【作 者】刘周巍
【作者单位】昆明理工大学国土资源工程学院,云南昆明 650093
【正文语种】中 文
【中图分类】TP391.9
全球卫星导航定位系统主要包括GPS、GLONASS、GALILLEO和BDS，在本文中主要研究了GPS、GLONASS、BDS和组合系统。 对导航星座而言，系统提供的定位几何是影响导航精度的一个重要因素。一般导航系统的定位几何可以用精度衰减因子DOP（Dilution of precision）来描述，定义为用户等效距离误差UERE（User Equivalent Range Error）到最终定位误差或定时误差的放大系数，它反映了观测源几何位置对定位误差的影响[1]。在卫星导航系统中，精度衰减因子DOP中的几何精度因子GDOP对接收机精度有很大影响。为了评估定位精度，通常需要计算导航系统的GDOP值[2]。在本文中，利用STK建立GPS、GLONASS、BDS和组合系统的空间卫星星座模型，对精度衰减因子（DOP，Dilution of precision）中的几何精度衰减因子（GDOP，Geometry Dilution of precision）进行研究分析，进而分析不同条件下的GPS、GLONASS、BDS、GPS/GLONASS、GPS/BDS、BDS/GLONASS和GPS/BDS/GLONASS的定位精度。
基于STK的空间站星载GPS接收机仿真分析
第１１卷第２０期２０１１年７月 １６７１—１８１５（２０１１）２０—４９０９—０４ 科学技术与工程 Ｓｃｉｅｎｃｅ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ａｎｄ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖｏ１．１１ Ｎｏ．２０ Ｊｕｌｙ ２０１１ ⑥２０１ １ Ｓｃｉ．Ｔｅｅｈ．Ｅｎｇｎｇ． 基于ＳＴＫ的空问站星载ＧＰＳ接收机仿真分析 陈志国 钟红恩 （中国科学院研究生院 ，中国科学院光电研究院 ，北京１０００９４） 摘要将ＧＰＳ系统用于航天器的导航、定位和授时是目前的趋势。但是星载接收机的高速轨道运动特点有区别于地面用 户。通过建立ＧＰＳ星座与国际空间站的链路进行仿真分析。仿真结果表明ＧＰＳ星座可以满足空间站的大于４颗卫星的信号 可用性需求。 关键词全球定位系统 星载接收机 空间站 中图法分类号ＴＰ３９１．９ Ｖ４４８．２５３； 文献标志码Ａ ＧＰＳ系统是目前应用最为广泛的全球导航系统 （ＧＮＳＳ），具有全球连续覆盖、无源被动工作、全天 时、全天候导航特点。近年来美国在战场上外科手 术式精确打击，彰显了ＧＰＳ在军用方面的卓越性 能。在民用方面，ＧＰＳ更成为司机、水手、飞行员和 户外爱好者不可缺少的工具。同时ＧＰＳ业已成为 通信、银行、电力和互联网等系统的精密时间源 Ｊ。 目前，在航天领域的应用范围也在不断拓展， 主要表现在：利用ＧＰＳ可以提供精密时问基准、实 现精确定轨、精确定姿、航天器的交会对接、航天器 问相对定位、空中交通管制、目标跟踪测量、现代电 子战外场测试、自主导航控制、连续跟踪定位和提 供通信功能等，为航天器的制导和控制提供位置、 速度、姿态、姿态变化率和时间标准等信息。ＧＰＳ导 航和授时等具有自主特性，可以降低航天器测控系 统的费用、提高航天器系统可靠性以及减轻航天器 系统的重量和复杂度。星载ＧＰＳ接收机设备简单， 精度高于地面和航天器上的测量设备。 但是，由于航天器在轨道上高速运动，速度、加 速度剧烈变化，导致观测到的ＧＰＳ卫星频繁更换， 与地面应用差异很大。因此，航天器对ＧＰＳ卫星的 ２０１１年３月３１日收到 第一作者简介：陈志国（１９８５一），男，辽宁东港人，中国科学院空间 科学与应用总体部硕士研究生，研究方向：载人空间站信息系统与 时间同步机制。Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｚｈｉｇｕｏ＠ａｏｅ．ａｅ．ｃｎ。 可见数目直接影响到星载ＧＰＳ接收机的可用性和 完备性以及ＧＰＳ能为用户提供的测量精度。
基于STK的海上卫星通信链路建模与仿真
基于STK的海上卫星通信链路建模与仿真
作者：徐曼睿 张雅声
来源：《现代信息科技》2022年第07期
摘 要：文章對海上远距离航行船只卫星通信链路连通性进行了研究，在理论分析卫星通信系统组成、天线和信道模型基础上，基于STK/Comm通信分析模块和软件集成的发射机和接收机模型、大气吸收模型、雨衰模型，完成链路参数设置，构建包括星间链路的卫星通信链路仿真环境，利用软件动态处理能力完成三维态势可视化显示，生成了详细海上卫星通信多跳链路性能报告，并对可能存在的干扰进行分析，为海上卫星通信链路的设计提供重要参考。
关键词：多跳通信链路;可视化仿真;STK
中图分类号：TP391.9 文献标识码：A文章编号：2096-4706（2022）07-0053-05
Modeling and Simulation of Maritime Satellite Communication Links Based on STK
XU Manrui， ZHANG Yasheng
（Graduate School， Space Engineering University， Beijing 101416， China）
Abstract： This paper studies the connectivity of satellite communication links for the maritime
long-distance sailing ships. On the basis of theoretical analysis of satellite communication system
composition， antenna and channel models， based on the STK/Comm communication analysis
基于STK的完整北斗卫星导航系统仿真分析
龙源期刊网
基于STK的完整北斗卫星导航系统仿真分析
作者：王松
来源：《地球》2013年第04期
[摘要]基于北斗卫星导航系统的空间信号接口控制文件提供的卫星轨道参数，利用STK软件建立完整的北斗卫星导航系统的星座。分别模拟在北京、三亚、赫尔辛基、华盛顿、堪培拉建立地面站，分析完整的北斗系统在以上五个城市在可见卫星数、GDOP值和导航精度上的差异。
[关键字]北斗 STK 全球卫星 导航系统 仿真
[中图分类号] TN967.1 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2013）-4-115-2
0引言
我国的北斗卫星导航系统（BDS）是继美国的GPS、俄罗斯的GLONASS之后第三个进入正式商用服务的全球卫星导航系统，加上欧盟正在建设的GALILEO系统，构建了当前全球四大卫星导航系统的格局。北斗卫星导航系统作为我国自主研制的卫星导航系统，历经二十年的发展，正在逐渐走向成熟。2012年12月27日，中国卫星导航系统管理办公室公布了北斗系统的空间信号接口控制文件，北斗系统开始正式为中国及周边地区提供导航、定位和授时服务，同时北斗系统还具有独有的短报文通信功能[1]。北斗卫星导航系统的投入运行，使我国摆脱了对GPS系统的严重依赖，为国民经济建设和国防安全提供了又一有力的保障。
目前北斗卫星导航系统在轨工作的卫星有14颗，其中5颗地球静止轨道卫星（GEO）、5颗倾斜地球同步轨道（IGSO）卫星和4颗中圆地球轨道（MEO）卫星[1]。未来完整的北斗卫星将由35颗卫星组成，预计在2020年左右全面建成，届时可以为全球用户提供导航、定位、授时和短报文通信服务。
为了充分研究完整的北斗卫星导航系统在全球的导航性能，本文利用STK软件的卫星模拟分析功能，根据已经公布的北斗导航卫星的轨道参数，对未来完整的北斗卫星导航系统进行仿真分析。分别在我国的北京和三亚、芬兰首都赫尔辛基、美国华盛顿、澳大利亚堪培拉设置地面站。这几个城市基本涵盖了地球上南北半球、东西半球以及高低纬度的地区，具有一定的代表性。利用STK仿真的完整北斗卫星导航系统分别对上述地区的可见卫星数、GDOP（几何精度衰减因子）值和导航精度进行对比分析。
基于STK的GPS卫星可见性仿真分析
基于STK的GPS卫星可见性仿真分析
基于STK的GPS卫星可见性仿真分析
王小静;王俊文
【期刊名称】《航天电子对抗》
【年(卷),期】2014(030)005
【摘要】GPS卫星在现代信息化战争中的作用日趋重要.针对GPS的观测应用需求,以目前在轨的31颗GPS卫星为研究对象,分析GPS卫星轨道的特征,研究GPS卫星对地面系统的可见性.结合STK和Matlab软件进行仿真分析,为地面GPS观测系统的天线波束宽度、波束个数设计提供参考.
【总页数】4页(16-19)
【关键词】GPS卫星;可见性;卫星仿真工具包
【作者】王小静;王俊文
【作者单位】中国电子科技集团第三十八研究所,安徽合肥230088;中国电子科技集团第三十八研究所,安徽合肥230088
【正文语种】中文
【中图分类】TN97;V324
【相关文献】
1.基于STK/Matlab的GPS卫星可见性仿真分析 [J], 屈亭; 皮亦鸣;
曹宗杰
2.小卫星从母星释放过程的GPS卫星可见性分析 [J], 张晓坤; 王宇;
袁洪
3.基于STK的新一代北斗导航卫星可见性仿真分析 [J], 张柯; 白燕
4.当前GPS卫星星座的空间可见性分析 [J], 帅平; 陈定昌; 江涌
5.GPS历书解算与卫星可见性预测 [C], Wang peng; 王鹏; Qi
Jianzhong; 齐建中; Song Qing Ping; 宋青平
基于STK的北斗卫星导航系统仿真与分析
1
南京信息工程大学
遥控遥测技术
题目：基于STK的北斗卫星导航系统仿真与分析
姓名：
学号：
专业：电子信息工程
院系：电子与信息工程学院
指导老师：
二0 年 月 日 2
基于STK的北斗卫星导航系统仿真与分析
摘要
利用卫星仿真工具包STK，结合国外全球导航系统的技术经验和北斗卫星导航系统目前公布的技术资料，对北斗卫星导航系统的星座设计、定位精度等方面进行了详细的仿真与分析。STK逼真的图形显示使得北斗卫星导航系统的星座仿真具有良好的可视化效果，通过对定位精度的分析，结果表明北斗卫星导航系统是一种全球构架下并具有优良区域定位性能的卫星导航系统，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。
关键词：北斗卫星导航系统；卫星仿真工具包；星座设计；精度因子
1 引言
北斗卫星导航系统是中国正在实施的自主发展、独立运行的全球卫星导航系统。系统建设目标是：建成独立自主、开放兼容、技术先进、稳定可靠的覆盖全球的北斗卫星导航系统，促进卫星导航产业链形成，形成完善的国家卫星导航应用产业支撑、推广和保障体系，推动卫星导航在国民经济社会各行业的广泛应用。
目前，我国北斗卫星导航系统正处于星座组网建设阶段，根据系统建设总体规划，2012年左右，系统将首先具备覆盖亚太地区的定位、导航和授时以及短报文通信服务能力；2020年左右，建成覆盖全球的北斗卫星导航系统。因此，对系统进行模拟仿真是我们开展后续工作的前提。鉴于上述背景，本文借助国际著名的仿真分析平台Satellite Tool Kit(以下简称STK)对北斗卫星导航系统的星座设计、卫星可见性及定位精度等方面进行详细的仿真和分析。
2 星座设计及仿真
目前世界主要卫星导航系统均采用Walk- er星座布局。Walker星座由一组运行于相同轨道周期和倾角的圆轨道卫星组成，记为Walker T/P/F每个轨道上的卫星等间距均匀分布，各轨道面间的升交点经度间距也以相同角度平均分布，因此T（卫星数量）=s（同轨道面的卫星个数）×P（轨道面个数）。两条相邻轨道间卫星相对相位由相位参数F确定，F为最东方的卫星至最西方卫星轨道间的“缝隙”数量（360°/T），F为0到P-1的整数。
Equation Chapter 1 Section 1基于仿真的卫星星座覆盖性能分析
Equation Chapter 1 Section 1 基于仿真的卫星星座覆盖性能分析
摘要：星座中卫星失效会对星座的覆盖性能产生一定的影响，量化这种影响对于评价星座的效能具有显著意义。以STK软件为基础，构建Walker星座后，通过仿真分析部分卫星失效后星座覆盖性能的变化关系，并进一步指定特定区域，分析部分卫星失效后星座对该区域覆盖性能的影响关系。
关键词：卫星星座， STK，Walker星座，覆盖性能，重要度评估
引言
覆盖能力是衡量卫星性能的重要指标，要满足某一区域的空间任务需求，就需要卫星对该区域进行有效的覆盖。随着空间任务的扩展，多星组网协同工作的方式已成为卫星系统发展的趋势，这种卫星网一般称为星座[1]。星座对地面的覆盖性能较单颗卫星显著增强，具有稳定的拓扑结构，具备很好的鲁棒性，但由于复杂的空间环境，星座中卫星运行会出现故障而失效的情形，此时星座的覆盖性能将会受到影响，本文以此为出发点，通过仿真分析星座中某些卫星失效对卫星网络整体覆盖性能的影响及变化，得出卫星失效时卫星星座覆盖性能的变化规律及星座的灵敏度。
1 卫星环覆盖区域计算
图1 卫星环瞬时覆盖示意图
图中 （ ）为某时刻第 颗星的星下点，相邻星下点之间的角距
为360。/k，当 时，相邻覆盖区有重叠部分，图中 为覆盖带的宽度[2]，可根据 计算。得到卫星环覆盖带的宽度和卫星星下点的轨迹，就可以得到卫星环覆盖带的边界。
2 覆盖性能分析
仿真条件设定：
以Walker星座（12/4/(1,2,3)）为分析对象[2][3]，后面如无特殊说明，均指此星座，基本参数如表1所示。
表1 Walker星座的基本参数
参数 i 半长轴 偏心率 升交点
赤经 真近
点角 T 近地点
幅角
Walker
星座 63.4349
deg 1000
km 0 359.066
deg 210
deg 6307.12
sec 270
deg
1、卫星环分别取星座中的一个轨道面进行分析，轨道面的升交点时为0，卫星环内有三颗卫星成等三角分布在地球周围，其他参数与卫星星座相同。 2、不考虑传感器的视角以及卫星的方向。