LEO/MEO双层卫星网络中层间ISL空间参数研究

低地球轨道 /中地球轨道 (LEO/MEO)双层卫星网络是未来卫星移动通信系统重要组成部分 ,而层间卫星星际链路 (ISL)是影响整体双层卫星网络系统性能的重要因素。文章重点分析层间ISL的空间参数几何特性 (包括星间链路长度 ,星间链路指向方位角和仰角 ) ,为星载天线跟踪系统设计和LEO/MEO双层卫星网络最优化路由搜索算法提供依据     

GPS掩星探测天线相位中心的校准

GPS天线是GPS接收系统的关键部件,它的性能特点直接影响GPS信号的有效接收.天线相位中心的变化直接影响GPS伪距和载波相位观测量的测量.而且,相位中心并不是固定的,它会随不同的来波方向发生移动.为了更好地满足一些高精度的需要,相位中心的变化量在解算时必须被考虑进去.本文讨论了一种GPS天线相位中心的校准方法,利用微波暗室测量出不同方位角和不同俯仰角的相位方向图,即可解算出不同来波方向天线相位中心点的精确位置.对自主研制的双频GPS天线相位中心进行了测定,在仰角±75°范围内,其相位中心变化4mm以内.      

Multipath Separation-Direction of Arrival (MS-DOA) with Genetic Search Algorithm for HF channels

Direction-of-Arrival (DOA) defines the estimation of arrival angles of an electromagnetic wave impinging on a set of sensors. For dispersive and time-varying HF channels, where the propagating wave also suffers from the multipath phenomena, estimation of DOA is a very challenging problem. Multipath Separation-Direction of Arrival (MS-DOA), that is developed to estimate both the arrival angles in elevation and azimuth and the incoming signals at the output of the reference antenna with very high accuracy, proves itself as a strong alternative in DOA estimation for HF channels. In MS-DOA, a linear system of equations is formed using the coefficients of the basis vector for the array output vector, the incoming signal vector and the array manifold. The angles of arrival in elevation and azimuth are obtained as the maximizers of the sum of the magnitude squares of the projection of the signal coefficients on the column space of the array manifold. In this study, alternative Genetic Search Algorithms (GA) for the maximizers of the projection sum are investigated using simulated and experimental ionospheric channel data. It is observed that GA combined with MS-DOA is a powerful alternative in online DOA estimation and can be further developed according to the channel characteristics of a specific HF link.     

卫星地面站天线仰角与方位角的高精度诺谟图

根据地面站址位置与静止卫星的定点位置所给出的站仰角和方位角公式,分析了纬度以及经度差的变化状况,绘出了仰角和方位角基值的诺谟图。本诺谟图对南、北半球地面站均适用。与计算值相比可知,诺谟图所得数据能保证0.1°或更高的精度。     

卫星地面站系统任务调度的动态规划方法

卫星及其应用系统任务调度问题是空间资源管理的重要内容之一, 文章针对单天线地面站系统任务调度问题, 在可视时间窗口的约束条件下, 考虑任务权重和地面站天线转换时间, 以最大化完成任务权重之和为目标, 建立了调度模型; 提出了基于动态规划的模型求解算法; 并给出了示例, 验证模型和算法。     

快响SAR卫星零多普勒波束中心姿态机动策略研究

传统偏航牵引方法采用惯性系下卫星轨道6要素推导得出姿态机动参数,在此方法中仅控制卫星主轴方向多普勒频率为0Hz,无法补偿SAR天线安装偏差和波束在天线内的方位距离向离轴角引起的斜距偏差和多普勒频率偏移,不能满足SAR系统时序设计需求和快响SAR卫星在轨实时处理器性能要求。因此,提出了地心固定坐标系中SAR天线波束指向零多普勒面内目标方向的姿态机动策略,使快响SAR卫星在轨实际波束中心多普勒频率为0Hz。该策略首先计算了基于场景目标的SAR总体设计的精确时序参数和观测参数,然后在地心固定坐标系中建立了波束中心多普勒频率为0Hz的SAR天线波束三轴指向模型,推导得出卫星三轴指向和姿态机动参数,并通过Matlab对该策略进行了仿真验证。结果表明,该策略可将多普勒频率由地球自转引起的29kHz、天线与卫星安装偏差引起的360Hz和波束方位向离轴角引起的3950Hz补偿至0Hz,同时将由天线与卫星安装偏差和波束距离向离轴角综合引起的波束中心偏离目标的斜距偏差6.28km补偿至米的量级。     

海洋二号卫星微波散射计自然扩展目标在轨定标

海洋二号卫星微波散射计(HY-2 Scatterometer, HY-2 SCAT)是一种旋转扫描笔形波束散射计, 能够对同一观测面元提供4次方位角和入射角的观测组合, 并通过地球物理模型反演海面风场. 为达到设计的风场反演精度, 要求其系统定标精度达到0.5dB. 利用不同区域自然扩展目标对HY-2 SCAT进行在轨外定标, 并与OSCAT散射计在同时期内的测量结果进行了对比. 定标结果显示可以消除因散射计天线指向偏差带来的方位向测量误差. 针对HY-2 SCAT方位向测量偏差进行了误差分析, 利用仿真方法以及海洋二号卫星雷达高度计同期测量数据的反演结果进行比对, 验证了误差来源.      

基于射频敏感器的卫星三轴姿态确定方法研究

带有大型网状展开天线的同步轨道移动通信卫星,一般通过卫星本体的姿态控制间接保障星上通信天线的指向精度,难以避免天线因自身安装、变形、挠性振动等引起的指向误差.提出直接利用射频敏感器测量的信标信号误差确定卫星三轴姿态,并计算天线保持目标指向所需三轴姿态角偏差,通过卫星姿态控制系统实时或离线姿态修正以保证天线指向精度.利用数学仿真方式验证算法正确性和有效性.     

基于北斗卫星反射信号的海面溢油探测方法及试验

为了监测小规模固定海域的溢油状况,针对岸基接收平台提出了一种基于北斗卫星反射信号的海面溢油探测方法,该方法将全球导航卫星系统反射信号(GNSS-R)技术应用于岸基条件下的海面溢油探测。进行了岸基试验,利用右旋圆极化(RHCP)天线和左旋圆极化(LHCP)天线分别采集北斗卫星直射与反射信号,在信号同步的基础上提取卫星直射和反射信号的相关功率,并结合北斗卫星的高度角与方位角信息,反演目标海域的介电常数来判断海面有无溢油。试验结果表明探测表面为油面时,介电常数反演结果均值为3.6,标准差为2.13,这与油的真实介电常数范围2.0~4.5一致,远小于海水介电常数,证明将GNSS-R应用到岸基海面溢油探测中具有可行性。     

卫星天线辐射方向图的计算

利用几何绕射理论分析了卫星星体和太阳翼对卫星天线辐射场的影响 ,建立了一套以数值分析和仿真技术为主的卫星天线辐射场的预估方法 ,克服了传统设计与测量技术难于解决的问题。给出了一些数值计算验证 ,并结合型号设计 ,进行了实验验证。验证结果表明文中所作的理论分析和在此基础上开发的仿真算法和软件是可靠有效的。     

准惯性定向探测卫星GPS接收天线安装角度研究

研究了准惯性定向探测卫星GPS接收天线的安装角度问题. 根据卫星任务需求分析其姿态需求, 再由姿态需求对GPS接收天线的安装方式进行理论分析和仿真计算, 通过GDOP值优选了安装角度方案. 仿真结果表明, GPS接收天线的轴向在本体±y轴即轨道面法向或负法向方向附近.      

Simultaneous measurements of sea surface temperature by GMS-1 and GMS-2

For accurate measurements of sea surface temperature in the 11 μm window region, it is necessary to eliminate the effect of atmospheric absorption. A technique using observations from different angles is one of the methods of eliminating this atmospheric effect. This technique is not possible at present, using a single satellite; but using two geosynchronous satellites, it is possible to observe a common area from two different elevation angles. To correct for atmospheric effects, therefore, we compared the infrared data obtained from observations at about the same time (less than a minute apart) on the equator using the GMS-1 and GMS-2 satellites which had about 20° longitudinal separation. It was found that if the infrared spectral wavelength channel of one geosynchronous satellite is selected to be different from that of the other, it is possible to improve the two-satellite observation technique of estimating water vapor content in a tropical atmosphere. This technique corresponds to split window measurements by the AVHRR radiometer on board the NOAA-7 satellite.     

伪距波动原因中的星体多径因素排除

针对卫星可视弧段内伪距测量异常波动现象，从信号质量监测角度研究了卫星可视弧段内导航信号测距偏差变化问题，确认伪距波动是否由星体多径引起.利用大口径天线跟踪北斗卫星，采用两套采集设备实现了卫星可视弧段内的B1频点信号多次高载噪比采集，根据基于参考波形的测距偏差估计方法分别处理多组采集数据，获得了不同仰角上的测距偏差.在一个仰角下的采集数据，当滤波器带宽远远大于信号带宽时，采样率与下变频器均不同的两套采集设备获得的测距偏差相同，且测距偏差均与相关间距及滤波器带宽有关，但当滤波器带宽超过15MHz后，测距偏差的差异可以忽略.比较不同仰角下的测距偏差，在卫星可视弧段内测距偏差变化很小，因此认为星体多径引起卫星可视弧段内信号质量的变化不是伪距测量异常波动的原因.      

载人航天器与伴随卫星间射频系统电磁兼容性分析方法

对载人航天器与伴随卫星间射频设备的电磁干扰问题进行了研究，根据射频系统的收发参数建立了电磁干扰安全裕度模型，分析了伴随卫星发射天线对载人航天器接收天线的等效干扰。从保证载人航天器与伴随卫星在轨电磁兼容的角度，得到了航天器间能够兼容工作的最小相对距离计算方法。研究结果表明，所提出的分析方法能够对伴飞任务航天器间的电磁干扰风险进行预测，可为飞行任务的顺利完成提供技术支持。     

雷达波束驻留模式下空间碎片数量的置信区间估计

碎片数量估计是空间碎片环境统计特征描述的重要内容之一,对于空间碎片环境模型验证、航天器碰撞风险分析以及碎片数量增长趋势预测有重要意义.针对波束指向正东、正南任意仰角的雷达波束驻留(Beam-park)模式(天顶指向是波束指向仰角为90°时的特例),给出了一种估计碎片数量置信区间的方法.对于给定轨道高度范围内一个具有穿越雷达波束可能性(即雷达散射截面足够大,且轨道倾角相对测站纬度足够大)的碎片,将其是否真正穿越波束这一随机事件用(0-1)分布来建模,根据所采集的轨道高度和倾角数据,计算出该轨道高度范围内碎片穿越波束的平均概率,进而采用中心极限定理来估计碎片数量的置信区间.仿真结果表明了方法的有效性.      

The Experimental Satellite on Electro-magnetism Monitoring

The Experimental Satellite on Electromagnetism Monitoring (ESEM) was proposed in 2003 and proved in 2013 after 10-years' scientific demonstration. The ESEM mission was proposed to be the first satellite of space-based geophysical fields observation system in China with a lot of application prospects in earthquake science, geophysics, space sciences and so on. And coincide with the mission objectives, the satellite decides to use the Circular Sun Synchronous Orbit with an altitude of 507km and descending node time at 14:00LT. The payload assemble includes 8 instruments, Search-Coil Magnetometer, Electric Field Detector, High precision Magnetometer, GNSS occupation Receiver, Plasma Analyzer, Langmuir Probe, Energetic Particle Detector, and Three-frequency Transmitter. According to the planned schedule, the satellite is due to be launched in 2016-2017 and will be onboard operated for 5 years.      

“嫦娥4号”中继星任务分析与系统设计

作为"嫦娥4号"任务的重要组成部分,中继星将为着陆器和巡视器提供中继通信支持。不同于其它月球探测器,中继星首次选择了绕地月L2平动点运行的晕(Halo)轨道以保证对月球背面的着陆器和巡视器提供连续的中继通信服务,面临诸多技术挑战。在对中继星任务特点进行分析的基础上,梳理了研制中的技术难题,包括使命轨道的选择、使命轨道的到达和长期维持、中继通信体制选择等,并提出了解决方案。中继星的总体设计方案概述也在文中给出。     

我国C波段大容量通信卫星天线分系统电设计

本文从C波段大容量通信卫星天线分系统的设计边界条件出发,给出可以兼顾卫星在两个不同定点位置时天线波束覆盖图设计原则,在设计中所遇到的问题的解决方法;特别着重讨论了波束形成网络中的问题。最后对我国第二个定点位置上通信卫星天线分系统进行优化设计,预测了第二颗星可能达到的指标。