多状态空间信息网络拓扑生成优化算法

依据空间信息网络（SIN）高动态性的特点，并考虑卫星工作的多状态特性，兼顾星间通信时延和拓扑抗毁性的要求，研究了多状态下空间信息网络拓扑生成及动态优化的问题。根据卫星星座的周期性，建立了一种卫星网络的拓扑周期表。综合卫星的可视性和连接度等约束条件，以网络平均和最大时延作为通信性能的优化目标，建立拓扑的多目标优化模型。提出一种改进的多目标模拟退火（IMOSA）算法，求解全局时延最优的卫星拓扑，并在考虑多状态情况下对链路进行优化，以满足网络高动态性。最后基于具有66颗低轨（LEO）的铱星星座进行仿真，研究表明：针对多状态条件下的铱星星座，该算法最大化减小了通信时延，得到抗毁性良好的拓扑结构，通信性能较之原有静态拓扑明显得到改善。     

星间链路数量受限的导航卫星网络链路分配问题

对星间链路数量非常有限、需要同时满足星间测距和星间通信需求的导航卫星网络的链路分配问题进行了研究。首先,分析了导航卫星网络的特点,并设计了一种基于有限状态自动机(FSA)的拓扑处理机制。然后,将星间测距需求作为一个约束,以星间通信的延时性能为优化目标,将导航卫星网络的链路分配问题建模为一个多目标优化问题。最后,针对建立的多目标优化问题,分别提出一种基于首次改善(FI)的本地搜索算法和基于模拟退火(SA)的启发式优化算法以对链路分配问题进行求解,并提出一种基于分支交换策略的新链路分配生成方法。仿真结果表明,通过FI算法和SA算法获得的优化链路分配的网络延时性能均得到了改进,且SA算法的性能要优于FI算法;同时,FSA的状态持续时间的减小有利于获得网络延时性能好的链路分配。     

多层卫星网络数据缓存技术研究

针对星间链路和星地链路传播时延大、内容分发经过多跳传输后总体时延较大的问题,研究在多层卫星网络中部署网络内缓存技术,并提出基于卫星缓存容量大小和内容流行度的概率缓存策略。仿真结果显示,当每个卫星节点缓存容量大小仅占内容总量大小30%时,与IP协议、未部署缓存的NDN协议以及NDN-LCE缓存策略相比,采用提出的缓存策略,用户平均内容访问时延分别下降60%、53.4%和7.1%。     

LEO移动通信星座的网络综合连通度研究

 为了研究通信星座服务区域内不同地面用户之间的通信连通情况,提出了网络综合连通度(DCNC)的概念.作为服务可用性(AoS)的重要内容,网络综合连通度应该成为通信系统的一项重要性能评价指标,对系统的顶层设计起到主导作用.首先给出了星座网络综合连通度的相关定义,在此基础上基于星间链路约束和星座覆盖约束建立了LEO移动通信星座的网络综合连通度的评价模型.然后基于该模型,分别改变轨道高度和轨道倾角,就不同星座的网络综合连通度如何变化进行了仿真计算和分析.结果表明,二者都对星座的网络综合连通度有显著影响,适当减少轨道面数有利于改善网络综合连通度.最后研究了星座缺失卫星时不连通地面点的纬度分布情况,研究结论有助于在概念设计阶段对星座构型优化后的参数进行优选.     

面向高轨空间的北斗导航性能增强星座选型研究

由于高轨空间超出北斗卫星导航系统的正常服务区域,导航信号微弱、可见性差,难以实现高轨飞行器全程稳定可靠的导航定位服务。提出了以空间卫星为时空基准传递平台,向高轨空间区域发射导航信号,从而提高高轨飞行器导航性能的方法,并展开面向高轨空间的北斗导航性能增强星座选型研究。基于卫星可见性、精度衰减因子（DOP）、信号接收门限和所需增强卫星数目等评估指标,仿真分析了基于LEO星座、MEO星座和HEO星座的北斗导航增强性能。     

基于空间密度的MEO星座长期碰撞风险研究

考虑到中轨道(MEO)区域将要部署越来越多的卫星,为确保星座的长期运行安全,有必要针对卫星离轨带来的长期碰撞风险问题开展研究。首先,列出了MEO区域的空间物体分布现状与国际规则;然后,以空间密度和长期碰撞风险等数学模型为基础,开展了不同离轨策略的MEO卫星带来的长期碰撞风险分析。研究表明：开展卫星离轨后的长期碰撞风险分析,对于MEO卫星离轨策略的确定具有明确的指导意义;MEO卫星离轨与自身星座、邻近星座以及坟墓轨道200年内碰撞风险在10^-5～10^-6量级,小于低轨(LEO)卫星的10^-3的碰撞风险阈值,当前MEO区域的空间物体运行是安全的。     

天基网路由策略及算法研究概述

路由技术是天基综合信息网组网的核心技术之一。根据卫星链路长时延、高误码等特点,天基网络和地面网络的路由算法有很大不同。本文在常用地面网络路由算法的基础上,给出了国内外卫星网络路由策略及算法的研究现状,并介绍了卫星星座仿真软件和卫星网络协议仿真工具。     

基于伪距信息的COMPASS-MEO导航卫星单星定轨分析

COMPASS-MEO导航卫星的伪距观测量包含星站距离、接收机钟差和卫星钟差以及各种噪声。本文首先分析了接收机钟差和卫星钟差在一定间隔内主要表现为线性变化的特性,可以考虑将接收机和卫星钟差作为测距的偏差和偏差变化率和轨道一起进行求解。其次,利用实测的MEO导航单星伪距数据,进行了数据预处理和定轨试验,分别对站间无时间同步信息和有时间同步信息两种情况进行定轨、残差分析和参数解算。使用重叠弧段、轨道预报和激光观测数据验证定轨结果的精度。结果表明,两种情况下的定轨结果无明显差别。该定轨方法可以运用于MEO导航单星精密轨道的计算。     

基于OPNET的低轨卫星网络路由仿真与优化

针对业务高速化、多样化背景的LEO(低地球轨道)卫星通信网络传输问题,提出一种复合分组调度策略和基于拥塞控制的备份路由方法相结合的路由算法,既保证了不同业务的服务质量,也在网络部分卫星节点因负载较重发生拥塞时实现业务分流,避免低优先级业务因资源竞争力较弱而"饿死",保证各业务的吞吐率,提高网络的性能。最后,以OPNET(优化网络工程工具)软件搭建了LEO卫星网络仿真平台,对文中提出的路由协议进行仿真,验证了算法的有效性。     

基于QoS的卫星网络k端可靠性分析

针对现有可靠性分析方法不能适应卫星网络中信息传播时延长，业务需求多样，导致计算准确性低的问题。考虑卫星工作的多状态特性，研究了多状态下卫星网络可靠性的问题，提出了一种基于QoS的卫星网络k端可靠性分析算法。首先，进行节点融合，对非融合元素采取置零取非操作，进行网络拓扑邻接矩阵变换，得到连通k个节点的路径。相较于传统方法有效地减少了矩阵变换次数，避免了冗余链路的产生。然后，为提升可靠度计算的准确性，根据不同业务的QoS约束条件和链路当前状态，确定网络中满足条件的可用路径，最后，由链路当前状态的可靠度计算出不同业务下的k端路径可靠度。研究结果表明：相较于其他算法，本算法不仅提升了卫星网络在不同业务下k端路径可靠度计算的准确性，而且计算效率提升了33.3%。     

Integrating BDS and GPS for precise relative orbit determination of LEO formation flying

Low-Earth-Orbit(LEO) formation-flying satellites have been widely applied in many kinds of space geodesy. Precise Relative Orbit Determination(PROD) is an essential prerequisite for the LEO formation-flying satellites to complete their mission in space. The contribution of the BeiDou Navigation Satellite System(BDS) to the accuracy and reliability of PROD of LEO formation-flying satellites based on a Global Positioning System(GPS) is studied using a simulation method. Firstly, when BDS is added to GPS, the mean number of visible satellites increases from9.71 to 21.58. Secondly, the results show that the 3-Dimensional(3 D) accuracy of PROD, based on BDS-only, GPS-only and BDS + GPS, is 0.74 mm, 0.66 mm and 0.52 mm, respectively. When BDS co-works with GPS, the accuracy increases by 29.73%. Geostationary-Earth-Orbit(GEO) satellites and Inclined Geosynchronous-Orbit(IGSO) satellites are only distributed over the Asia-Pacific region; however, they could provide a global improvement to PROD. The difference in PROD results between the Asia-Pacific region and the non-Asia-Pacific region is not apparent. Furthermore, the value of the Ambiguity Dilution Of Precision(ADOP), based on BDS + GPS, decreases by 7.50% and 8.26%, respectively, compared with BDS-only and GPS-only. Finally, if the relative position between satellites is only a few kilometres, the effect of ephemeris errors on PROD could be ignored. However, for a several-hundred-kilometre separation of the LEO satellites, the SingleDifference(SD) ephemeris errors of GEO satellites would be on the order of centimetres. The experimental results show that when IGSO satellites and Medium-Earth-Orbit(MEO) satellites co-work with GEO satellites, the accuracy decreases by 17.02%.     

21世纪AMSS／GNSS空间段发展方向兼论卫星资源国际共享问题

航空移动卫星系统（ＡＭＳＳ）空间段采用单一的ＧＥＯ轨道卫星，未来将有ＭＥＯ和ＬＥＯ轨道卫星加入运行，仍然不排斥ＧＥＯ轨道卫星的使用。全球导航卫星系统（ＧＮＳＳ）空间段采用ＭＥＯ轨道卫星，未来将仍然以ＭＥＯ为主，可能有ＨＥＯ轨道卫星加入运行。２１世纪的空间段将为不同轨道卫星的多星座组合，采用一星多用、星座共用，形成多功能卫星和多功能星座。和平时期卫星资源的国际民间共建共营共享将更为普遍，要有全球观点，国内各行各业要有全局观点，对监测和增强系统统一筹建共用系统，防止分散投资、重复建设     

对低轨导航系统发展趋势的思考CSCD

全球卫星导航系统成熟的产业推广和技术应用极大地牵引了卫星导航发展需求,使相关学者愈来愈关注恶劣电磁环境下的抗干扰技术以及分米、厘米级高精度导航定位服务。低轨星座优越的平台/轨道特性使其被誉为未来极具潜力的卫星导航手段。特别是近十年商业航天的蓬勃发展,带动卫星平台技术及火箭运载技术突飞猛进,大大降低了低轨卫星制造与发射成本,使得面向低轨星座的导航定位技术成为研究热点和发展方向。首先深入地剖析了不同历史阶段低轨导航的应用方向和技术体制,梳理归纳了低轨卫星星座独立定位及低中高轨卫星联合定位两种应用模式的技术特点,然后分析了未来低轨导航在整个卫星导航系统体系中的应用前景和技术挑战,为未来低轨导航系统建设和发展提供设计参考与技术借鉴。     

航天器天基测控技术仿真研究

天基测控技术是航天测控系统的发展方向，是弥补地基（陆基＋海基）测控系统缺陷、缓解地基测控资源紧张的有效办法。本文提出了基于“北斗一号”系统的航天器天基测控技术仿真方法，设计并建立了相应的仿真系统。基于建立的仿真系统、按照设计的仿真方法对航天器天基测控技术进行了全面仿真。仿真结果表明，基于“北斗一号”系统的天基测控技术可行，性能指标可以满足中低轨道航天器实际测控需要。     

基于非合作LEO卫星辅助GNSS联合定位技术CSCD

针对全球导航卫星系统(GNSS)在受挑战的环境中,出现导航卫星信号被干扰或遮挡,导致可见卫星数目无法满足定位最低要求的情况。利用低轨(LEO)卫星具有信号到达地面功率高、抗干扰能力强,以及在未来将进行大量部署的特点,可为GNSS的导航服务提供备份与补充。提出了基于非合作LEO卫星辅助GNSS联合定位算法,不同于现有的LEO/GNSS联合定位算法将低轨卫星简单地视为轨道降低的导航卫星,该算法以LEO为通信卫星,从非合作、非导航特性的实际情况出发,将LEO的多普勒与GNSS的伪距、多普勒相结合求解用户位置信息,并以ORBCOMM低轨通信卫星联合GPS为例进行了仿真实验,实验结果验证了算法的可行性与性能。     

一种低轨卫星应对月影干扰方法

针对2012年5月21日某低轨卫星受到月影干扰导致控制系统工作异常的问题,分析了月影现象产生原理,结合月影期间影响卫星安全的异常原因,系统分析了卫星平台能源预警机制与驱动控制系统中的太阳帆板控制方案,提出了某型号低轨卫星应对月影现象安全运行的处置方法和后续同类型卫星能源管理修改建议.该方法分别在2012年11月9日、2013年5月10日得到应用,在月影期,该卫星太阳阵输出电流从4.5A下降到2A,太阳帆板对日转动正常,能源管理系统未出现报警.应用结果说明,该方法能够有效地解决同类型卫星月影干扰的问题.     

HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD的影响

通常使用无电离层(IF)线性组合(LC)消除低地球轨道(LEO)卫星简化动力学精密定轨(POD)一阶电离层延迟误差,忽略了高阶电离层(HOI)延迟误差。随着LEO卫星POD技术的发展,计算不同轨道高度的HOI延迟并探索其变化已成为进一步提高POD精度的重要手段。首先,使用国际参考电离层-2016(IRI-2016)和国际地磁参考场第13代(IGRF-13)模型,计算电离层穿刺点(IPP)位置和地磁场强度。其次,使用平滑星载GNSS数据计算电离层斜路径总电子含量(STEC)。然后,分别计算GOCE、GRACE-A和SWARM-A/B卫星的二阶和三阶电离层延迟。最后,评估了HOI延迟对LEO卫星重叠轨道分析、卫星激光测距(SLR)检核和精密科学轨道(PSO)比较结果的影响。实验结果表明：HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD的影响大约在毫米至厘米的数量级上;HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD外符合精度的影响分别达到0.92,0.22,0.21和0.18 mm;随着LEO卫星轨道高度的增加,HOI延迟对LEO卫星简化动力学POD的影响减小。     

基于多目标粒子群算法的导航星座优化设计

导航星座的设计涉及诸多优化变量的选取,优化设计的目的是选取合适的优化变量使导航星座最大程度地满足人们需求。提出了将导航性能和卫星生产成本作为目标对导航星座进行多目标优化设计的研究方案,导航星座基本构型为中轨道(MEO)与地球静止轨道(GEO)卫星组成的混合星座,MEO卫星用于全球导航,GEO卫星用于增强星座对中国及周边地区的导航性能。探讨了MEO和GEO的轨道设计思路。阐述了星座导航性能与卫星生产成本的计算方法,并选取定位精度因子(PDOP)作为导航性能指标。介绍了基本粒子群算法和多目标优化的概念,提出了改进的多目标粒子群算法(MOPSO),给出了该算法的计算步骤和测试结果。讨论了导航星座多目标优化设计的数学模型,列举了优化设计变量的定义域,采用MOPSO算法对导航星座进行了多目标优化设计,通过分析优化设计结果,说明了导航星座多目标优化设计方案的可行性。     

双星定位系统及其备份星在近地卫星联合定轨建模中的应用

建立了基于双星定位系统距离和观测数据的近地卫星联合定轨模型,设计了相应的数值融合联合定轨算法;为进一步提高近地卫星定轨精度,考虑融合双星及备份星距离和观测数据,建立了基于双星和备份星的近地卫星联合定轨模型及实现算法,并针对不同仿真条件进行了联合定轨仿真实验。仿真计算结果表明,联合定轨方式较传统近地卫星精密定轨方式可以更好地抑制双星星历误差对近地卫星定轨精度的影响,近地卫星和双星的定轨精度均得到了一定程度的提高;同时,融合备份星观测数据的近地卫星联合定轨精度得到进一步改善,达到5.17m。