一种新型的低轨存储转发通信星座设计方法

针对低轨存储转发星座的特点以及传统星座设计方法无法同时优化覆盖性能和网络性能的不足,该文提出一种新型的兼顾覆盖性能以及网络性能的低轨存储转发星座设计方法,并采用非劣分层多目标进化算法(NSGA-II)优化该多目标多约束星座设计问题。通过基于STK和OPNET的协同优化仿真平台验证了该星座设计方法的有效性。     

对低轨卫星星座天基测控服务模式的设计与应用

随着大规模低轨卫星星座的全面部署,对天基测控服务模式提出了新的挑战。分析了低轨卫星星座在常态运行、应急使用以及智能化应用中的测控需求;构建了新型天基测控服务系统,设计了前返向实时跟踪波束和全域静态波束组合应用的天基测控资源保障模式。提出了基于地面运管中心统一调度的天基测控服务模式,给出了即时计划驱动和“返向全时分发+前向业务驱动”两种典型模式下的系统工作流程,归纳总结了所述服务模式产生的效益。详细梳理了与所述服务模式相适配的卫星终端设计要求,明确了不同模式下的卫星终端工作状态。可用于指导后续对低轨卫星星座天基测控服务的工程化应用。     

天基雷达系统概念分析

针对天基雷达系统,对比分析了SAR、GMTI、AMTI以及DTED等技术模式的特点,研究了各种不同技术模式条件下的处理算法、体制特点和应用场合.并探讨了不同任务需求情况下根据覆盖性能对天基雷达卫星星座布局的要求.分析结果表明,天基雷达星座具有多种可变模式,功能先进.同时,天基雷达星座只需要有限的卫星数目就能达到全球覆盖的目的,具有很好的目标监视能力.分析的结论对于研究国际先进的天基雷达系统有着重要的指导意义.     

采用遗传算法的低轨区域通信星座优化设计

给出一种利用改进遗传算法实现低轨区域通信星座优化设计的方法,有效克服了上述困难。首先建立通用的区域覆盖星座模型,确定优化控制参数,并结合低轨星座应用背景对其进行约束。然后给出一种基于网格点统计的星座性能评价准则。为了提高遗传算法对局部最优解的搜索能力,文章提出一种混合遗传算法,该方法在基本遗传算法中加入复形调优算法,并根据优秀个体的分布对参数区间进行调整。将该算法应用于星座模型,建立一套完整的星座优化设计方案。最后对具体实例进行优化仿真,结果表明该方法取得良好的优化结果。     

中国低轨卫星星座组网设计与规划

针对全球性低轨卫星星座系统成本高、技术难度大、实现周期长等问题,提出了适 用于我国低轨卫星星座的分步实施方案。在分析星座设计主要问题的基础上,利用24颗卫星 设计了能够实现对中低纬度连续覆盖的低轨卫星星座,以此低轨星座构型为基础,结合我国 当前实际,在假定任务背景下,研究了第一阶段4颗卫星的优化部署方案,并利用STK对不同 设计方案的覆盖性能进行了仿真和对比分析,验证了连续覆盖型星座的优势,为我国低轨卫 星通信系统的组建提供了参考。     

一种间隔重访的低轨星座设计方法

在低轨电子侦察、遥感卫星领域,针对非连续覆盖条件下的星座优化设计问题,提出了一种间隔重访的低轨星座设计方法。通过改进极轨覆盖带设计方法,将对地覆盖区域等效为矩形;以对地目标的平均重访间隔时间为输入,从同轨卫星间和相邻轨道面间两方面分析,得到近似最优的星座参数。通过STK仿真验证,设计的星座可满足重访间隔时间要求。     

面向通导共生的低轨卫星机会信号定位管理

通导共生是指通信和导航信号共存于卫星生态环境中。针对定位或通信的单一功能低轨卫星星座,在定位或通信信号不可用时难以快速进行定位管理的难题,提出了应用扩展卡尔曼滤波器算法,对低轨卫星通导共生星座的机会信号进行定位解算,突破定位管理对单一导航系统的依赖。首先,介绍了卡尔曼滤波的基本原理,结合低轨卫星多星座定位管理算法,提出了一种基于机会信号的卡尔曼滤波定位管理算法;其次,分析了所提算法的优点,包括提高定位精度、提高定位效率、提高定位稳定性等;最后,进行了实验,验证了所提算法的有效性。结果表明,所提算法能够有效地提高定位精度、定位效率、定位稳定性,为低轨卫星通导共生星座定位管理提供了一种有效的解决方案。     

基于动态辐射源建模的低轨星座电磁发射评估系统设计

随着全球低轨星座系统蓬勃发展,不同星座系统卫星覆盖波束相互叠加,带来了频谱态势的复杂化,给其他系统带来了干扰隐患。传统的电磁频谱监视方案无法有效评估和高效表征低轨星座系统电磁辐射特性。为准确量化评估不同低轨星座卫星系统的电磁干扰,研究低轨星座卫星系统的电磁发射模型,结合轨道动力学研究电磁发射覆盖范围的动态分析方法,实现了低轨星座卫星电磁发射高效评估及可视化。     

基于Sigma点卡尔曼滤波的天基红外低轨卫星目标跟踪

临近空间高超声速飞行器的飞行速度很高,采用一般的探测手段难以对其进行跟踪,文中采用天基红外低轨卫星对其进行跟踪,建立了适当的目标运动模型和观测模型,分析研究了Sigma点卡尔曼滤波(SPKF)算法,与EKF算法相比,对非线性系统的估计具有较高的精度,且不需要求解复杂的雅克比矩阵。提出了将基于Sigma点卡尔曼滤波的交互式多模型(SPKF-IMM)算法用于天基红外低轨卫星对空间目标跟踪。利用三维空间的机动目标对算法进行了仿真分析,仿真结果表明:该算法具有较好的跟踪性能,进一步验证了SPKF-IMM算法的有效性。     

MIMO场景下的低轨卫星选星算法

低轨(LEO)宽带星座卫星通信作为地面5G无线通信系统的重要补充,始终面临地面可视卫星数量大、传统选星算法计算复杂度高等难题。为实现高效的卫星分组选择算法,基于多输入多输出(MIMO)系统原理,以大尺度路径损耗模型为基础,结合递减卫星选择算法,从而以较低计算复杂度、更快收敛速度有效逼近最优容量性能。该算法在典型LEO星座系统构型下通过数值仿真得到了验证,为未来5G低轨卫星星座通信传输方案设计提供了一种参考思路。     

未来低轨信息网络发展与架构展望

近年来,伴随着运载、卫星、通信、网络、智能等技术的发展,天基网络形态正在发生质的变化。低轨(LEO)星座网络已经成为众多应用场景、业务承载需求的新选项,有向着全球覆盖、天地一体、多业务承载、持续演进、安全可控的天基通用信息网络基础设施发展的趋势,而这样的愿景对未来低轨星座网络架构提出了更高的要求。该文首先从空间网络、先进卫星以及天地网络融合3方面技术领域对近年来低轨星座网络相关技术的发展现状进行了概述,并对低轨星座网络发展的愿景与趋势进行了分析研判。在此基础上,该文提出基于软件定义(SDN)和网络功能虚拟化(NFV)的全云化卫星-5G融合网络架构,使网络具备架构可编程、网络功能抽象解耦以及去中心化的核心优势,辅以意图驱动网络等智能网络运行管理方法,实现网络的多业务承载、持续演进、自动化管理等能力。最后,该文对需重点关注的技术方向进行了展望。     

最大访问间隔时间与成像侦察卫星星座

以区域成像侦察为背景,基于遗传算法提出了一个成像侦察卫星星座设计方法。研究了通过遗传算法模型优化设计侦察卫星轨道高度、轨道倾角、右升交点角及平近点角等轨道参数的方法。并对有3颗低轨道卫星的侦察卫星星座进行了优化仿真。结果表明,优化后的星座不仅在指定目标区域具有优异的最大访问间隔时间性能,而且具有一定的全球侦察能力。     

侦察卫星星座的轨道高度分析

以区域侦察为背景,基于遗传算法提出了一个侦察卫星星座设计方法。研究了通过遗传算法模型优化设计侦察卫星轨道倾角、右升交点角以及平近点角等轨道参数的方法。分析了轨道高度与最大访问间隔时间之间的关系。基于7种不同轨道高度对有3颗低轨道卫星的侦察卫星星座进行了优化仿真。结果表明,优化后的星座不仅在指定目标区域具有优异的最大访问间隔时间性能,而且具有一定的全球侦察能力。     

低轨卫星星座快速响应链路损毁路由算法

设计高效弹性的卫星路由算法是未来低轨(Low Earth Orbit, LEO)卫星通信技术的一个重要发展方向。为解决低轨卫星星座网络中星间链路发生故障后存在的传输中断和数据安全问题,提出了一种低轨卫星星座快速响应链路损毁路由算法(Quick-response Link Destruction Routing Algorithm for LEO Satellite Constellation, QRLDRA)。QRLDRA以星座可预测拓扑作为星间路由计算基础,增加星地回传路由设计,快速将星间链路异常回传至地面计算中心处理;引入多优先级动态队列,根据节点链路状态调整星间链路不同数据传输的优先级;综合路由计算、路由上注、链路检测等功能,完成对拓扑变化的及时响应。通过仿真实验与传统算法的比较发现,所提算法有效提高了数据端到端传输的成功率,为用户业务服务质量(Quality of Service, QoS)提供了可靠保障。     

Low earth orbit satellite systems for communications

It may be that we are now entering the era of LEO constellation satellite communications after thirty years of domination by the GEO systems. This paper heralds the coming of the new era with a tutorial approach to the system design and trade-offs of LEO constellation system design. It discusses orbital configurations, network topologies and routeing considerations, multiple access schemes and link performance design. In so doing it brings out the major design parameters and how they interact with each other. Also considered are the service applications for the LEO constellation systems, and the important difference between real-time and delayed communication systems is highlighted. Examples of single and multi-beam (cellular) coverage system link designs are presented for L-K_a frequency bands. Future papers will consider aspects of the LEO spacecraft and launchers.     

基于STK的双层卫星星座设计及仿真

轨道与星座的设计是整个卫星通信系统设计的基础,合理的轨道设计与星座配置方案可以显著提高系统的整体性能。结合GEO卫星处理能力强,LEO卫星星地时延小的特点,以提供全球实时接入为目标,提出了一种由LEO卫星提供全球覆盖的GEO/LEO双层卫星网络星座设计方案。运用卫星覆盖带分析方法,确定由48颗LEO卫星完成全球覆盖。通过在STK仿真环境下进行计算机仿真验证,得到所设计的卫星星座可完成全天时全球覆盖。     

探测临近空间飞行器的天基雷达系统设计

天基雷达可以在全球范围内探测和跟踪运动目标,目前在军用和民用方面受到了广泛的关注.讨论了天基雷达系统用于临近空间飞行器探测设计的相关问题,研究了天基雷达预警系统的星座设计方法,利用STK软件仿真分析了单轨道全覆盖方案和全球覆盖方案,证明了提出的设计方法的可行性.