一种兼顾卫星导航系统星间观测及通信的链路分配算法

卫星导航系统星间采用点波束建立星间链路时,由于星上波束数量小于可建立星间链路的卫星数量,因此便产生了如何有效分配有限波束来建立星间链路的问题。针对该问题首先利用星座运行的周期性提出了一种适用于星间观测及星间通信的拓扑处理方式,并以该拓扑处理方式为基础提出了一种链路分配算法。算法在保证星间观测数量最大化的前提下,以降低整网通信代价为优化目标,尽管为了保证星间观测数量会不可避免地导致通信性能的部分损失,但是仿真结果表明算法的性能整体上优于铱星系统所采用的网状链路分配方法的性能。     

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。     

微小卫星组网与编队技术的发展

介绍了国内外微小卫星及其组网和编队技术的发展状况,并对其中的星座轨道分布及覆盖、高精度轨道定位,以及编队飞行的形成和保持等关键技术进行了分析。     

卫星交会的自主导航技术

论述卫星交会自主导航的飞行任务背景和概念 ,综述国内外学者正在进行探索研究的思路 ,以期引起国内学者的的注意、探讨和深入研究。     

区域覆盖混合星座设计

针对我国邻海海上运动目标探测的需求,提出一种由多种类型卫星构成的区域覆盖混合星座系统方案。选择了合适的轨道类型,利用轨道动力学特性保持不同高度卫星构成的星座的构形;提出了星座配置方案,确定了不同类型卫星的协同工作方式和顺序等;在此基础上给出了轨道设计方法。最后设计了一个由海洋监视卫星簇、光学成像卫星和SAR卫星组成的星座。仿真表明,该星座能够实现预定的设计目标,保持一定的空间和时间关系对给定地区进行一定时间间隔的重访。     

基于遗传算法的全球导航星座重构研究

全球卫星导航系统在部分卫星失效的情况下会引起地面导航性能下降甚至造成导航服务中断,但卫星数量众多的全球导航星座本身具有一定冗余性,在少数卫星失效时可以通过调整剩余工作卫星的轨道来降低失效影响。这种星座重构的维护方式具有快速响应故障和故障针对性强的特点。在星座重构中涉及到选取调整卫星及其轨道参数的问题。分析了用遗传算法实现星座重构方案优化的编码、适应度选取和进化过程,利用C 结合STK和GALIB完成了对24MEO 4GEO构成的全球导航星座在3颗以下MEO卫星失效时的星座重构方案优化,并对多种星座重构的轨道机动方案进行了对比。     

导航卫星系统总体研究及星座改进方案仿真

我国的双星导航定位系统是我国第一代卫星导航定位系统,采用“有源 应答”的定位机制,用于中、低动态用户的区域导航定位,与国外卫星导航定位系 统相比有自己的长处和不足。为满足对高速运动的精确制导武器导航定位的需 要,本文提出了一种星座改进方案,并进行了仿真研究。仿真结果显示此方案可 以满足在我国及周边地区导航定位的精度要求。     

亚太区域导航八星星座分析

提出了一个由八颗同地迹有一定倾角的地球同步圆形轨道(IGSO)卫星组成的区域导航星座方案。分别从星座的几何特性、卫星、用户终端三个角度对该星座进行了分析。对比大椭圆轨道方案、近圆地迹轨道方案,认为IGSO方案是我国区域导航比较有利的方案。     

考虑J2项摄动的星座相对运动控制

利用轨道某些要素(偏心率，升交点赤经和倾角)的差别可以构成由一颗中心星和几个环绕星组成的近距离星座。在理想中心引力场下，环绕星运行轨迹在水平面投影可以呈现封闭圆形。在地球引力摄动时，这种空间形状将逐渐发散。为此，本文考虑J2项摄动的影响，设计了对其具有鲁棒性的环绕星相对轨道；进而导出了带有J2项摄动的环绕星相对运动方程，并给出了基于惯性笛卡尔坐标系运动学变量的相对轨道控制方法。分析和仿真结果表明，这种控制方法能够实现星座相对运动的高精度控制。     

星座设计中避免卫星碰撞问题的研究

随着小卫星技术的发展 ,越来越多的航天任务采用小卫星星座来完成 ,在星座的设计过程中需要考虑的因素众多。本文从星座运行的安全性角度 ,分析了星座中卫星发生碰撞的机会和碰撞概率 ,对星座中存在的卫星之间可能发生的碰撞问题进行了研究 ,并提出了解决方法     

星座设计中的安全性问题研究

如何避免星座中卫星之间发生碰撞是星座安全性设计需要考虑的重要问题,给出了预测星座中卫星发生碰撞的一种方法,提出保证星座安全性需要考虑的三个问题并研究了如何避免星座中工作卫星、备份卫星和寿命终止卫星与工作卫星发生碰撞的措施。     

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。     

天基雷达预警系统星座设计方法

介绍了天基预警系统的发展现状,阐述了天基雷达预警系统的基本概念和工作原理,研究了天基雷达预警系统的星座设计方法,提出了确定各项参数的方法。该方法适朋于天基雷达全球和区域预警系统的星座设汁。最后设计了天基雷达区域预警系统星座,并利用STK软件加以分析,证明了提出的设计方法是可行的。     

小卫星星座及其自主运行技术

介绍了小卫星星座的概念，研究和发展水平，指出小卫星星座具有单个小卫星无法替代的独特功能，在很多领域有着广泛的用途，同时着重强调了它在军事上的重要意义，针对小卫星星座的自主运行，重点研究了星座自主导航和自主维持技术，最后针对我国小卫星星座的发展提出了看法。     

小卫星和通信卫星星座技术特征分析

介绍了小卫星的发展情况和特点 ,给出了小卫星星座的概念和星座的主要设计参数 ,指出了编队飞行和组网技术在应用方面面临的挑战。然后分析了最新发展的通信卫星星座技术和星座卫星通信系统的设计原则 ,对中、低轨道星座系统进行了综合分析 ,并在此基础上进一步提出若干低轨道星座组网方案。最后指出了小卫星组网的若干关键技术及发展趋势。     

卫星编队飞行相对轨道的确定

卫星之间相对轨道的确定对于多颗卫星编队飞行的控制和任务是十分重要的。结合空间圆形的编队飞行星座,本文给出了描述卫星近距离运动的C-W方程,讨论了空间圆形的编队卫星星座的构成,进而设定了利用激光仪测量星间位置矢量,并设计了Kalman滤波器来实现相对轨道的确定,分析和仿真结果表明,Kalman滤波器能够有效提高相对位置确定精度并给出相对速度的高精度估计。     

强约束条件下星座一体化优化设计方法研究

针对星座构形一体化设计时,由于约束条件复杂而导致求解困难的问题,提出了自适应序列约束边界法和约束邻域排斥策略,以进化算法为基础构成了星座构形一体化优化设计方法。应用此方法进行了全球导航星座构形一体化优化设计,设计结果表明该方法能够高效解决综合考虑多种设计因素、具有离散／连续混合变量、无导数信息的星座构形一体化优化设计问题。     

圆轨道星座全球覆盖的充分必要条件

对采用圆轨道的星座，目前的研究基本上局限于实际应用方面，很少进行理论方面的研究，本文首次提出并证明了达到全球连续多重覆盖的充要条件。这对进行星座设计具有积极的指导意义。     

一种低轨卫星星座覆盖性能通用评价准则

针对不同构形卫星星座的统一评价问题,提出了一种低轨星座覆盖性能的通用评价准则,可对不同构形和不同高度的星座对地覆盖性能进行统一评价。该准则将星座的对地仰角特性转化为具有相同覆盖能力的标准卫星数,以之同星座中实际卫星数的比值作为星座覆盖性能指数对星座实施评价。利用该评价准则,计算了Iridium、Globalstar、Celestri和NeLS四种星座构形覆盖性能的评价指数并提出了改进方法。     

基于STK的星座设计与性能评估

分析了区域性覆盖星座的任务要求及设计特点,结合我国周边地区的地理情况,提出了一种利用太阳同步回归轨道的低轨道区域性覆盖星座设计方案,并应用STK仿真软件完成了该星座的设计与性能评估。仿真结果表明,该星座完全满足对区域性覆盖的任务要求。