国内低轨遥感星座密集组网现状及发展态势

<正>近年来,由小卫星或纳卫星组网的遥感星座呈现井喷趋势,"高景"一号星座组网成功、"高分"一号星座组网成功、"长光"一号星座顺利组网,以及"深圳"一号卫星等一批新型星座启动建设。据统计,我国在2030年前规划中的低轨遥感星座卫星总数超过800颗。国外已经有一些关于低轨星座的成功运营案例,如行星(Planet)公司构建了目前具有全球高分辨率、高频次、全覆盖能力的遥感卫星系统。低轨遥感星座目前正在以低成本、近实时、广覆盖、高分辨率、快速获取的方式,提供全球空间大数据,引领数字地球由观测时代进入实时地球新时代。     

2011年国外导航卫星系统技术进展

进入21世纪的第二个10年,全球导航卫星系统进入关键发展期。2020年,欧洲将完成伽利略系统的部署,投入全面运行;俄罗斯将基本完成GLONASS系统现代化改造,几乎全部由GLONASS-K卫星构成的星座和现代化的地面控制段将投入运行;日本准天顶卫星系统、印度区域导航卫星系统将初步或全面完成建设,并投入运行;美国GPS现代化计划进入冲刺阶段,2025年全部由GPS-3卫星构成的星座和现代化的地面控制段将全面投入运行。     

星座与星座轨道控制技术

以目前仍在轨运行中的低轨道铱星星座 (IridiumConstellation)、全球第一个双向移动卫星通信星座 (ORBCOMM)和高轨道全球定位系统 (GPS)导航星座为背景 ,深入分析国外应用卫星星座的轨道控制技术 ,系统总结星座的飞控方案、星座轨道控制和测控策略。最后作者试图对目前正在研讨中的三星时差定位星座和中巴资源卫星 (CBERS)星座的测控技术谈一点设想。     

SES要建10太比“O3b增强”星座

<正>卢森堡卫星运营商SES公司9月11日宣布同波音卫星系统国际公司签订了7颗第二代O3b卫星的建造合同。称为"O3b增强"(O3b mPower)的新星座初期将由7颗高通量中地轨道卫星组网,设3万个宽带互联网服务点波束,容量将是卫讯公司未来"卫讯"3星座的3倍以上。这些卫星拟在2021年     

用于海运和天气监测的“孤猴”卫星及其星座

<正>近十年来,立方体星的蓬勃发展及颠覆性创新应用带来预想不到的效益。2012年三名航天学院毕业生白手起家,创建了斯派尔全球(Spire Global)公司,开始研究和开发立方体星应用。由于研制项目具有创新和良好应用前景,该公司发展很快,目前已有700名员工,筹集1亿多美元资金。斯派尔全球公司位于美国旧金山郊区,目前正在致力于研制立方体星组成纳型卫星和覆盖全球星座,计划用5~6年时间创建一个由125颗卫星组成的大型星座,用于海运和天     

宽带无线自组网与卫星移动通信的融合应用

正一、引言近年来,物联网、人工智能与大数据应用的持续火热,催生了对5G移动通信和全球卫星通信系统的迫切需求。2017年以来,全球在5G移动通信网络的试点建设以及全球星座卫星系统的推进方面不遗余力。全球卫星通信系统方面,一网公司(OneW eb)、加拿大电信公司(Telesat)以及挪威航天有限公司(Space Norway)已经准入美国的市场,"下一代铱星"星座(Iridium NEXT)开始部署,中国航天科技集团有限公司与中国航天科工集团有限公司也分别提出了全球星座卫星通信系统计划。随着我国各卫星通信系统建设的推进,充分发挥卫     

日运营商向低轨高通星座项目投资

<正>日本通信卫星运营商天空完美日星公司5月11日宣布,同要建设低轨宽带星座的美国低轨星企业公司签订协议,将向低轨星公司的高通量低轨星座项目投资,并参与其宽带服务推销,投资额未对外公布。低轨星公司的低轨星座拟由108颗卫星组网,采用激光星间链路,号称将提供可同地面光纤系统相媲美的低延迟高通量数据通信服务。这些卫星打算在2019年开始发射。全球各大通信卫星运营商参     

多GNSS掩星大气探测卫星星座设计

为减少无线电掩星(RO)大气探测星座的卫星数量并增加探测数据量,将北斗（BD）和GPS、Galileo、GLONASS共同作为探测信源,提出一种多全球导航卫星系统（GNSS）掩星大气探测星座概念和优化设计方法。融合先验大气模型和二维射线追踪算法,建立兼容多GNSS信源的掩星事件前向模拟算法,实现掩星事件快速精确仿真;给出多GNSS掩星大气探测星座参数对探测性能的影响特性,降低了星座模型的复杂度;并利用改进的蚁群算法实现星座参数寻优。设计结果与COSMICII星座相比,卫星数量减少2颗,探测数据量增加了40%,探测均匀性提高了67%。     

美太空军发射GPSⅢSV04卫星

2020年11月5日,SpaceX公司用“猎鹰9号”火箭发射了美太空军的GPSⅢ4号卫星(GPSⅢSV04),即GPSⅢ星座的第4颗卫星,为军事和民用用户提供定位、导航和授时(PNT)信号。GPSⅢ卫星旨在帮助美太空军利用新技术和先进能力实现当前GPS星座的现代化。与当前星座中的卫星相比,这些卫星的精度提升了3倍,抗干扰能力提升了8倍。GPSⅢ还增加了新的L1C民用信号,与欧洲的伽利略全球导航卫星系统兼容,将提供更广泛的民用用户连接。随着GPS卫星星座现代化的继续,GPSⅢSV04到位后,轨道上的四颗GPSⅢ卫星将占GPS星座31颗卫星的12%左右。     

美军商用太空互联网防御实验发展探究

<正>一商用太空互联网防御实验概述随着商业中低轨卫星星座井喷式发展,在可以预见的将来,巨型卫星星座将为大众带来更加廉价、方便、快捷、稳定的宽带服务。以太空探索技术(SpaceX)公司、一网(Oneweb)公司、铱星(Iridium)公司、电信卫星(Telesat)公司为代表的典型商业航天企业陆续公布了各自的中低轨卫星星座计划,并快速推进星座部署进程。     

全球高分光学星概述(二):欧洲

欧洲高分光学星及其星座主要以欧洲航天局(ESA)和法国、英国、德国、西班牙、意大利等国家研制的卫星为主。法国牵头的军事卫星太阳神-2(Helios-2)地面分辨率(全色)为0.35m;商业遥感卫星主要有法国的SPOT-6/7和昴宿星(Pleiades)星座(分辨率0.5m)以及英国主导的灾害监测星座(DMC)(分辨率可达1m)。亚米级彩色视频成像小卫星正在研制之中。6U立方星星座及米级地球静止轨道光学星等新概念已被提出。地球静止轨道光学星由ESA牵头,应用传统相机地面分辨率可达3m,而未来的概念(光学合成孔径)可使分辨率优于3m。文章着重阐述欧洲地球观测高分光学星的应用、技术状态与发展趋势。     

美陆军拟发射卫星星座

据美国军事网2008年4月28日报道,美国陆军计划发射一个卫星星座,其中8颗小型通信卫星将于9个月内发射升空。这是近半个世纪以来,美国陆军首次提出发射卫星星座的计划。首批升空的8颗小型卫星将由“半人马座”（Minotaur）火箭或“猎鹰”（Falcon）运载火箭发射。卫星星座形成以后,将在全球少数美军军用卫星无法稳定覆盖的地域——如非洲,为旅以下陆军作战单元提供通信保障。     

国际电联设定大星座部署节点要求

正国际电信联盟(ITU)2019年11月20日称,全球频谱监管者已就非地球同步轨道(NGSO)卫星星座的部署节点要求达成共识。出席2019年世界无线电通信大会(WRC-19)的监管者们称,NGSO星座运营商要想保住自己未来的全部频谱权利,就必须满足从提出频谱申请7年后起算的部署节点要求。7年过后,星座运营商需     

全球导航星座星间链路技术发展建议

美国全球定位系统（GPS）的Block IIR和Block IIF系列导航卫星安装了UHF频段的星间链路收发设备,未来的GPS Ⅲ系列导航卫星将用Ka频段星间链路替代UHF频段星间链路,提高星间数据通信容量,增强抗干扰能力;俄罗斯全球导航卫星系统（GLONASS）的新一代GLONASS-K系列导航卫星开始安装S频段星间链路收发设备;欧洲的伽利略（Galileo）卫星导航系统也在规划全球导航星座的星间链路体系;我国北斗（Compass）卫星导航系统正处在由区域覆盖向全球覆盖的过渡阶段,全球星座的星间链路正处在多种系统体制的抉择中。文章在对国外各种星间链路研究的基础上,从导航星座星间链路需求和特点出发,提出建议：1）建设高频段星间链路;2）加强星间天线与卫星总体的联合设计;3）星间网络协议要具有灵活性;4）尽可能保持每颗卫星的星间链路设备状态一致。文章考虑了现有国内技术储备和国外未来技术发展方向,提出的观点可以作为我国全球卫星导航系统对星间链路选择的参考,对我国Compass系统建设技术先进的星间链路有一定的指导意义。     

基于3星子集的GPS快速选星算法

针对高精度GPS导航系统中,空间星座数量变化时由星座选择带来的运算量较大的问题,利用 Sherman Morrison 矩阵求逆引理,推导得到GDOP（Geometric Dilution of Precision）值的增量递推计算公式。 在此基础上提出一种基于由3颗GPS卫星组成“3星子集”的快速选星算法,并利用LLRB树（Left Leaning Red Black Tree）的存储搜索策略辅助快速产生最佳4星组合。相对于传统GDOP选星法,在可视星卫星数增加时,浮点数运算量（FLOPs）可减少将近一半;当可视卫星数减少时,FLOPs可降低到接近为0。实际试验结果表明,3星子集选星方法可以有效降低星座突变时由星座选择带来的时间消耗,提高星座更新的实时性。     

美国国防科学委员会建议改进GPS导航系统

2005年10月,美国国防科学委员会(DSB)完成了《GPS的未来》,并于11月公布于众。报告中主要提出了以下几项建议:(1)提高GPS卫星星座的有效性和精度。美国应将6个轨道平面,24颗卫星组网的卫星星座在未来第三代GPS(GPS-Ⅲ)调整为由3个轨道平面,30颗卫星组网的星座。卫星星座规模扩大后,功能更加强大,可大幅度提高地面战环境下(如屏蔽GPS信号的城市和山区地形)GPS的性能。(2)提高GPS地面操控段(OCS)和卫星操控能力。美国国防部应提供一个近期的工作区,以实现对所有在轨新信号的早期、持续操作。另外,美国空军应重新评估主控制站的操作…     

低轨星座卫星通信系统的路由算法研究

低地球轨道(Low Earth Orbit,LEO)卫星星座系统能保证全球范围内任何两个用户之间的实时通信,成为卫星通信研究的热点。由于LEO卫星相对地面高速运行,星座的拓扑结构快速动态变化,路由问题一直是LEO卫星网络重点解决的难题之一。文章基于准全球星星座系统,分析了LEO卫星网络的拓扑结构特点,重点研究了路由算法。文章采用首选最短路径和次选最短路径的路由算法,对准全球星星座和Courier系统的星间链路性能通过分析和仿真加以比较。     

面向飞行器自主导航的铱星/星链星座覆盖性及可见性分析

针对低轨星座机会信号导航中单星座构型和可见星数无法同时满足高精度、高可用性的难题,基于铱星、星链轨道参数,建立了单星座和混合星座模型,探究了各个星座覆盖重数、覆盖率及飞行器对上述星座的可见性。研究结果表明：飞行器可见星数随飞行高度增加而减少,随飞行器最小观测仰角增大而减少,星链和铱星的融合可显著增加纬度60°以上区域可见星数。铱星对全球不同纬度、不同时间具有100%全覆盖;星链目前覆盖区域向两极拓展,对全球覆盖重数最大为56,最小为0,未实现全球不同纬度、全时段100%的覆盖率,但中国区域星链覆盖率均优于美国区域。星链和铱星的混合星座使全球覆盖重数优于10,不同纬度、不同时间覆盖率达到100%,显著优于单星座。     

全球高分光学星概述(一):美国和加拿大

目前,美国高分辨率光学卫星在技术与应用方面处于世界领先地位。锁眼-11(KH-11)与天基红外系统(SBIRS)卫星主要用于军事目的,KH-11地面分辨率(全色)达到0.1m。在低轨高分光学星中,数字全球星座(DigitalGlobe Constellation)卫星(QuickBird-2、GeoEye-1、WorldView-1/2/3)是主要的商业遥感卫星,地面分辨率(全色)可达0.31m。地球静止轨道高分光学星处于研制之中,设计分辨率(全色)为1m。此外,美国也高度关注小卫星星座与纳卫星/立方星星座的研发与应用。加拿大光学卫星主要应用于空间碎片与近地小天体监测,用于极地气象服务的光学相机已基本研制成功。文章着重阐述美国和加拿大对地观测高分辨率光学卫星的运作、技术状态与发展趋势。     

低轨巨型星座国际协调机制需求分析

低轨巨型星座有望对全球航天产业发展带来革命性变化,将对现有外空全球治理机制和规则带来重要改变,开展低轨巨型星座国际协调机制研究对有关新规则发展研究具有重要意义。文章创新性地采用应用层、建设层和影响层3层架构,对低轨巨型星座国际协调需求以及现有国际协调机制的作用与不足进行了较为系统全面的分析。应用层国际协调需求主要包括电信服务市场准入、与地面通信系统融合、提升用户体验等3个方面;建设层国际协调需求主要包括频率轨位协调、设施共享、系统互联互操作、卫星系统研制和发射技术标准化、自由的全球化航天上游市场等5个方面;影响层国际协调需求主要包括应急通信服务、减少数字鸿沟和扶贫、空间碎片、频率干扰响应与处置以及天文观测等5个方面。低轨巨型星座运营商和政府监管机构在国际协调需求方面存在较大差异。未来有可能在国际上形成两种低轨巨型星座协调机制,一种服务于运营商利益,另一种则主要用于解决监管部门的诉求。