利用Walker星座实现全球导航卫星星座设计

分析了轨道面数、卫星数、轨道偏心率对星座性能的影响.通过对3种星座构型,6种轨道半长轴,46°～66°之间轨道倾角的对比计算,以回归周期内星座CV作为指标确定了初选卫星星座.结合星座覆盖性能、最大DOP值以及精度可用性的分析,采用Walker-δ星座设计完成了全球卫星导航系统星座布设方案.探讨了采用增加GEO卫星实现区域增强的星座布局.     

全球覆盖的卫星通信星座构型简述

基于全球覆盖通信的考量,分析和仿真了低轨道卫星通信星座和中轨道卫星通信星座.结果表明在30°最低通信仰角和地面用户至少同时可见2颗卫星的约束条件下,低轨道卫星通信星座的卫星总量需要达到182颗(对应卫星轨道高度为1500km) ,中轨道卫星通信星座所需要的卫星总量为32颗(对应卫星轨道高度为10000km)或20颗(对应卫星轨道高度为20000km).     

用户视角的当前GNSS星座性能比较分析

导航星座性能直接决定着系统性能指标的实现,不同的星座构型和轨道参数决定了不同的星座性能.为系统评估北斗三号全球卫星导航系统(BDS3)建成开通后四大全球系统星座、BDS3与其他系统组合星座的当前实际性能,利用2020-08-01—2020-08-10的星历数据计算了各星座的全球可见卫星数、星座PDOP(位置精度因子)可用性和全球空间覆盖率,比较分析了各星座在不同用户高度截止角下的性能,探讨了各星座PDOP值在全球的分布规律.结果表明,在5°、15°、30°和45°高度截止角下,北斗系统(BDS)星座性能最优,在30°E～180°E,90°S～90°N区域,单系统中BDS的PDOP值远小于其他系统,用户高度截止角较高时,BDS3+GPS组合能在保证高可用性的条件下提供更高的全球空间覆盖率.所得结论对不同类型的用户使用北斗系统以及将BDS3与其他系统组合使用具有重要的参考价值.     

顾及星座稳定性及综合成本的低轨导航星座优化设计方法

利用低轨道地球卫星(LEO)进行导航增强首先需要设计低轨星座,在进行星座构型设计时,星座的稳定性及综合成本是需要考虑的两个重要因素,本文提出了顾及星座稳定性及综合成本进行低轨导航星座优化设计的方法. 首先,利用遗传算法对铱星星座进行了优化,优化后的铱星星座与未优化前星座相比较,全球可见卫星数均值由2.3颗增至2.9颗,可见卫星数标准差由2.3降至0.7,综合成本因子由5.3降至4.5,证明了本方法的有效性. 然后以Walker星座作为基本构型,在保证低轨混合星座稳定性的基础上,顾及导航性能和综合成本,利用遗传算法进行了混合星座的优化. 将优化后的低轨混合星座与北斗星座进行了组合,组合后的星座与北斗星座相比较,全球可见卫星数均值由6.9颗增至9.3颗,可见卫星数标准差由1.1降至0.4.      

低轨卫星增强北斗三号导航星座性能分析

针对低轨卫星星座有待合理化设计的问题,深入研究了低轨卫星星座增强北斗三号系统定位性能。分析轨道高度、轨道倾角、星座构型对星座覆盖性能的影响,仿真北斗三号、GPS和3种不同类型的低轨星座,研究各低轨星座与北斗三号、GPS的组合系统在所选7个测站以及全球范围内的可见卫星数和PDOP值分布。结果表明低轨卫星对北斗三号的增强效果主要与低轨卫星数目有关,且不同轨道倾角的组合低轨星座有利于均衡系统在全球范围内的可见卫星数与PDOP值分布。低轨卫星有望通过改善卫星观测几何构型提高北斗三号系统的定位性能,且增强效果与低轨星座构型密切相关。     

利用卫星星座对GNSS-R海洋遥感时空特性进行研究

利用仿真方法研究了GNSS-R接收天线俯仰角、卫星轨道长半轴和轨道倾角对镜像反射点数量的影响,对4颗和6颗卫星组成的星座时空分辨率进行了仿真计算,分别获取了星座的时间分辨率。认为由6颗卫星组成的星座,8 h可完成全球5°×5°海洋格点的探测任务。     

LEO导航增强星座设计与链路性能分析

现有卫星导航系统的PNT服务无法提供全空域服务,LEO卫星星座、星间链路是未来多源导航信息源的重要组成部分。本文根据极轨道星座设计理论,在LEO卫星个数较少的条件下,设计了一个LEO导航增强星座,并分析了该星座的全球覆盖性。然后,根据卫星间的几何特性,在星座中建立了星间链路拓扑结构,并采用图论知识讨论了该星间链路拓扑结构的连通性和稳健性。最后,分析增加5颗GEO卫星后的星座星间链路性能。     

LEO星座参数对GPS掩星数量和时空分布影响的模拟研究

利用低地球轨道LEO(Low Earth Orbit)卫星上的星载接收机对GPS卫星进行掩星观测反演地球的大气性质,对于气象学和大气研究具有重要意义.与单颗LEO卫星相比,由多个卫星组成的LEO星座观测到的掩星事件在时空分辨率和数量上都有很大的提高.考虑特定的区域,采用数值模拟方法,对不同卫星数和不同星座参数k的玫瑰型星座在一天内所观测的掩星事件的数量和分布进行比较分析,得到相应结论.研究成果对实际发射LEO星座时相关参数的选取具有参考价值.     

低轨卫星通信系统星座设计与性能仿真

低轨卫星通信系统在通信领域发挥着越来越重要的作用。针对不同类型星座覆盖能力和星际链路建立条件存在的差异,设计了极轨道和倾斜圆轨道低轨卫星星座,利用STK验证了两种星座的覆盖能力和星际链路AER特性,利用NS2对两种星座卫星网络的时延、吞吐量和丢包率等性能指标进行了仿真,并对所得数据进行了对比分析,结果表明：在由32颗卫星（轨道高度1450 km ）构成的低轨星座中,极轨星座的全球覆盖能力、星际链路建立条件和卫星网络性能优于倾斜圆轨道星座,更适合于构建全球低轨卫星通信系统。     

利用遗传算法实现导航星座局部优化设计

以异构区域导航星座(5GEO+5IGSO+4MEO)轨道参数为基础,以部分轨道参数为控制变量,建立以服务区域的网格采样点的加权PDOP值为目标函数,利用遗传算法对星座中对星座轨道参数进行了优化。利用优化结果计算了服务区域星座周期(7个恒星日)内的覆盖重数、PDOP值、覆盖连续性。为优先保证重点服务区域的星座性能,对目标函数进行了改进。改进的优化结果表明,原始星座在重点区域的高精度定位仍有一定的提高空间。     

SPOT星族成员介绍

在回顾ＳＰＯＴ１,２,３的同时,重点介绍了新近升空运行的ＳＰＯＴ４的主要性能指标和即将于２００１年发射的ＳＰＯＴ５的设计标准。     

Galileo Constellation Design

A significant effort has been carried out in Europe to define the European Global Navigation Satellite System (GNSS), named Galileo Satellites flying in Medium Earth Orbits (MEO) will compose the system (according to the most recent architecture definition baseline); a regional complement of geosynchronous satellites may be required to increase performances over Europe and maybe also to provide some specific communication services. Nominal medium performances are envisaged, but they will be increased by means of augmentation systems (local or wide area), or even by using simultaneously other GNSSs such as GPS. All the involved requirements make the design process quite complex. A powerful software tool, Elcano, has been developed for this purpose; its capabilities will be outlined, and the results of the design process will be presented. ? 2001 John Wiley & Sons, Inc.     

区域卫星导航系统的卫星星座

讨论了区域卫星导航系统卫星星座中所用卫星轨道类型。重点讨论了卫星定轨精度、卫星利用率等问题，比较了它们在区域卫星导航系统中的适用性。     

导航星座异构扩展对系统服务性能的影响

本文分析“北斗”区域卫星导航系统目前所采用的三种卫星混合组网的星座现状,通过设计扩展不同类型、不同数量的卫星,利用STK仿真软件,对所选重点区域和扩展区域的重要服务性能,如几何精度因子(GDOP)和可见卫星数量进行仿真,进而综合得出不同导航星座异构扩展对系统服务性能的影响情况。分析结果表明, IGSO卫星对增强系统对区域服务性能的提高具备更好的条件。根据“一带一路”非洲沿线国家重点城市的分布特点,进一步对星座异构扩展数量和在轨位置进行优化和改进,为有限条件下星座扩展实现服务性能最大化改善提供参考。      

圆型限制性三体问题下Halo-绕月轨道的星间测距定轨

在传统星座自主定轨中,SST(satellite to satellite tracking)可以同时提供轨道的大小、形状和星座相对方位信息,但不能确定星座的绝对定向。针对这一亏秩问题,联合圆型限制性三体模型CRTBP(circle restricted three bodyproblem)下的一种平动点周期轨道-Halo轨道飞行器,与二体问题轨道卫星组成扩展星座。利用两种力模型的特性差异,可以去除星座系统上的相关性,避免星座的整体旋转,从而确定星座的全部轨道状态参量。分析Halo轨道的力模型及性态特点,从系数矩阵的相关性角度讨论引进Halo轨道对定轨法矩阵正定性的改善作用,利用地月系L1平动点附近的Halo轨道与月球低轨卫星(LMO)的星间链路,在理想CRTBP框架下进行自主定轨仿真。初步验证了LMO-Halo星座定轨可行性,为开展附加平动点轨道的星座SST定轨提供了参考依据。     

北斗二代混合星座数据质量分析

随着北斗导航系统的发展,北斗二代导航系统已经建设完成,可以为亚太地区的用户提供导航与定位的服务。北斗导航系统与其他导航系统相比,混合星座的设计以及国产星设备的不同,将导致北斗数据质量评估出现差异性与复杂性。本文基于双频IGS连续跟踪站数据,从数据完整率、信噪比、多路径等常规数据质量评估指标方面实现对北斗二代混合星座的数据质量评估,并与GPS数据质量做对比分析。结果表明:北斗二代不同数据质量出现差异性,总体数据质量较好,与GPS相当。     

GNSS星座模拟器关键问题研究

引入轨道力学模型, 采用一种轨道外推的解析方法, 简单有效地实现了卫星轨道根数及卫星位置的推算。根据星历误差来源, 提出并实现了一种基于星历参数拟合的广播星历误差模拟方案。经验证, 该方案可以用于产生径向、切向和法向误差可配置的广播星历, 更灵活、更真实地模拟广播星历误差。