低轨通信星座星间链路特点研究

随着全球宽带通信需求的增长,世界各国提出并建设了多种低轨通信星座,我国的卫星互联网系统也在紧张建设中,星间链路将是通信星座系统的重要组成部分。为研究星间链路特点和建链需求,以极轨通信星座为例,从几何角度给出了星间链路指向角和距离的数值计算公式,分析了顺行轨道星间链路的变化规律,并进一步研究了异轨星间反向缝建链的特点。研究结果表明,选取合适的星座参数,可以实现卫星跨反向缝的接续建链,从而保证反向缝两侧卫星之间始终存在可用的通信链路。     

TDRSS中星间链路信号的衰减特性研究

在TDRSS应用系统中,通过在合适的赤道定点上空设置静止轨道卫星,可使低(中)轨应用卫星的覆盖区域大为扩展。本文研究TDRSS系统中静止轨道卫星和低(中)轨卫星间的星间链路和信号衰减特性,得到了不同轨道参数条件下,低(中)轨卫星同静止轨道卫星之间的星间链路信号衰减结果,为TDRSS的综合应用设计提供了依据。     

基于Simulink的星间链路信道仿真分析

对星间链路信道统计模型进行了理论分析,在MATLAB/Simulink平台上,设计并实现了一种星间链路仿真模型。该模型充分考虑了星间链路信道中的多普勒频移、卫星星座的周期性引起的自由空间传播衰减,以及链路中存在的干扰、噪声、时延等对卫星通信信号的影响。仿真结果证明了该模型的正确性。     

基于随机几何的低轨星座下行通信链路仿真与分析

低轨卫星网络具有低成本、大容量、广覆盖的特性,是未来空天地海一体化网络中的重要支柱和6G网络的关键组成部分,开展链路分析对于低轨星座链路设计与优化具有重要意义。由于低轨卫星移动性强、星地电磁环境复杂、链路较长等特点,星地信息传输与传统地面移动通信有着显著差异。根据低轨星座的特性构建星座网络的随机几何BPP模型,并针对低轨星座空间分布及移动特征,分析了单星及多星场景下的损耗、干扰等对星地通信链路的影响。通过给出星座系统干扰期望计算方法,并基于所构建BPP网络对星地通信链路特性进行仿真。仿真结果表明,构建随机几何的基于BPP分布的星座模型可以很好地模拟卫星网络的状态,采用随机几何对低轨星座下行通信链路进行仿真分析,能够得到更具泛化的星座构型下低轨星座对地面站的干扰情况,为巨型低轨星座网络分析及星地链路设计提供了参考。     

LEO/MEO通信系统ISL性能分析与设计

由低轨(LEO)和中轨(MEO)卫星构成的卫星通信系统可以充分利用LEO和MEO的各自轨道优势,具有较好的组网通信性能。在LEO与MEO卫星之间建立星间链路,使卫星之间存在直接的通信路径,可以提高网络的自治性,减少传输时延,降低对地面站的依赖。本文首先分析建立MEO星座与低轨LEO星座星间链路的可行性,然后通过STK软件仿真影响LEO/MEO星间链路特征参数的变化情况,进一步分析LEO/MEo星间链路预算。     

卫星网络中永久星间链路的设计方法研究

从星座设计角度出发,分析永久性星间链路存在的条件,解决了不同轨道面以及不同轨道高度卫星之间相对移动造成的星间链路频繁切换问题。根据卫星网络空间几何特性,提出了一种在卫星生存期内可以永久保持星间链路连接的星座设计方法,并对建立星间链路的条件进行了分析。通过数值分析方法得出了永久星间链路存在的条件,并通过实例加以验证。     

卫星互联网星间激光通信链路传输与路由交换技术研究（特邀）

随着低轨卫星互联网的迅猛发展,星间激光通信链路成为低轨大型星座互联互通的关键,也是用户接入卫星互联网实现全球范围内端到端交互的基础。与地球同步轨道的星间环网不同,由于低轨卫星的高动态性,造成星间链路需要不断动态重构,由此带来空间节点的编址方式、交换路由方法等诸多技术难题,是目前该领域关注的热点。此外,用户终端通过微波链路接入卫星互联网,需要微波链路与激光链路之间的汇集和分发,也是迫切需要研究解决的重点难点问题。     

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。     

卫星星间链路多普勒频移仿真

在卫星通信过程中,对具有相对运动的卫星,星间链路的多普勒频移是不能忽视的。分析了空间圆轨道卫星星间链路的距离以及距离变化率,并进行了公式推导。在此基础上提出了一种以链路距离变化率作为卫星相对运动速度来计算星间链路多普勒频移的新方法,并以铱星系统和某中轨卫星系统为例,分别对同层高度星间链路和异层高度星间链路的多普勒频移进行仿真,给出了仿真结果。分析与结果表明,该方法合理、有效。     

星间链路技术的研究现状与发展趋势

星间链路技术是提高全球卫星导航系统的精度和自主导航能力的一项关键技术。介绍了全球主要卫星导航系统星间链路的建设情况,综述了国内外关于星间链路的重要研究,包括星座的特性分析、星间链路的构建准则、星间链路的拓扑分析、星间链路传播信号的设计以及星间链路信号的发射和接收等,指出了目前研究的侧重点,展望了星间链路的发展趋势和未来的研究方向。相关内容可为星间链路的进一步研究提供参考。     

低轨卫星星座网的切换研究

提出了一种适用于装备有星际链路的低轨卫星星座网的切换策略——最小跳数切换策略。该策略以端到端连接的跳数为基础,充分利用了低轨星座网的特点,将切换过程与路由有机地结合为一体,有效解决了不同卫星之间的切换问题。仿真结果表明,同已有的切换策略相比,该策略能够提供一定程度的QoS保障,获得较好的系统性能,如较低的传播延时和较小的切换频率,具有很好的实用价值。     

A Handover Strategy in the LEO Satellite-Based Constellation Networks with ISLs

A new handover strategy named minimal-hops handover(MHH) strategy for the lowearth orbit(LEO) satellite constellations networks equipped with inter-satellite links(ISLs) is proposed.MHH strategy,which is based on the hops of the end-to-end connection paths and makes good use of theregularity of the constellation network topology,can appropriately combine the handover procedure withrouting and efficiently solve the inter-satellite handover issue.Moreover,MHH strategy can providequality of services(QoS) guarantees to some extent.The system performances of the MHH strategy,suchas time propagation delay and handover frequency,are evaluated and compared with that of otherprevious strategies.The simulation results show that MHH strategy performs better than other previoushandover strategies.     

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。     

带有前置EDFA卫星相干激光通信终端的信噪比分析

卫星激光通信链路是一项实现卫星大规模星座组网的关键技术。相干激光链路灵敏度高、抗背景干扰、速率升级空间大,在星间激光链路中应用广泛。文章建立了带有前置掺铒光纤放大器(EDFA)的卫星相干激光通信终端的信噪比分析模型,仿真分析了EDFA功率增益、EDFA噪声系数、本振光功率、信号光功率、光放后端光带宽、基带前端电带宽对终端输出信噪比的影响以及各种输出噪声功率占比的情况,得到了带有前置EDFA卫星相干激光通信终端的信噪比参数特性。     

双层卫星星座层间链路几何参数特性研究

LEO/MEO双层卫星星座是现代卫星通信系统星座研究的热点。运用理论分析的方法,对LEO/MEO双层卫星星座层间链路的链路距离、仰角、方位角等几何参数进行了研究,给出了各自的计算公式,并进行仿真分析。通过仿真发现,层间链路几何参数变化的突出特点是变化范围大、变化剧烈且周期性不明显。     

Geographical Reservation for Guaranteed Handover and Routing in Low Earth Orbit Constellations

In this paper, we address the problem of permanent guaranteed routing through a LEO satellite constellation with inter-satellite links. A reduction to a geometric problem of intersection of rectangles is given, along with algorithmic issues. We express the problem on a very simple model, and discuss the extension to more complicated schemes. We present some experimental results based on this framework that demonstrate the efficiency of the method in a call admission control process.     

通信卫星星座优化设计综述

通信卫星星座优化设计是构建通信星座系统的关键环节。对通信卫星星座设计中的优化模型和优化算法进行了综述和展望。首先,建立了通信卫星星座设计的一般优化模型;然后,从覆盖性能、星间链路和系统成本三个方面对优化模型中优化变量、目标函数和约束条件的构建进行了综述;之后,介绍了卫星星座设计中常用的三大类多目标优化算法,归纳总结了4种主流算法的主要特征,并比较分析了它们应用于卫星星座设计的优缺点;最后,指出了现有通信卫星星座优化设计中存在的问题及发展趋势。     

中低轨卫星跨层激光链路二次同步切换方法

中低轨卫星之间跨层激光链路的无缝切换直接决定了双层卫星光网络的稳定性.异步切换方法会导致网络拓扑频繁重构,而集中同步切换将造成两层间连接中断,网络运行状态失控.为此,本文提出了中低轨卫星星座激光链路的二次同步切换方法,在保证中低轨道卫星连通的基础上,可降低网络拓扑重构频率.研究了整数周期比的中轨道和低轨道卫星空间位置特性,建立了中低轨卫星星座构形二阶非球摄动模型,确定了中低轨道之间轨道周期比为3的双层卫星星座构形.按连接和切换顺序将该星座构形中跨层激光链路分为两组,以相对周期的1/4为基准,每次令其中一组同步切换,通过交替完成切换.研究结果表明,二次同步切换方法使得网络拓扑重构频率降低到链路切换频率的1/7,比集中切换方法在网络平均时延方面降低了30ms.