基于QoS保障的低轨卫星星座设计

低轨卫星星座设计是部署低轨卫星网络的前提和关键。然而，不均匀的地面用户分布和不合理的卫星资源配置对卫星网络的服务质量提出了重大挑战。针对以上问题，通过构建服务质量(QoS)指标体系，提出了一种基于QoS保障的低轨卫星星座设计方法。首先，建立了低轨卫星网络模型和星座覆盖模型，通过星间链路的建链准则来定义星座抗毁性指标。其次，通过建立用户链路以及定义用户匹配度来分析星座对目标区域用户的资源匹配情况。接着，建立了以QoS指标为约束最大化效费比的低轨卫星星座设计优化问题，定义的QoS指标包括信噪比、误码率、抗毁性以及星座覆盖率和用户匹配度。此外，通过遗传禁忌智能算法求得了所设计的低轨卫星星座的轨道参数。仿真结果表明，提出的低轨卫星星座设计方案在满足指定QoS约束的同时具有最大星座效费比。     

低轨通信星座发展的思考

正从低轨移动通信星座、低轨宽带互联网星座两个发展方向,分析了包括"铱"(Iridium)卫星系统、"一网"(OneWeb)卫星系统等在内的多个国外典型系统的总体发展情况、应用支持能力以及"小卫星多功能"、"小卫星大容量"的设计特点。针对我国低轨通信星座发展,从频率、应用定位以及系统实用性等方面探讨了总体设计应关注的问题;从解决我国全球通信保障急需出发,提出以移动通信为主、多功能综合、兼顾宽带通信、规模逐步扩展的低轨星座发展建议,并给出了空间组网、全球服务、频谱感知、频率共用、宽窄结合、协同应用的总体设计思路。     

“一网”星座特点发展简析

正随着互联网应用的快速发展,互联网接入服务需求急剧增加。众多低轨小卫星星座的兴起引发业界广泛关注。其中",一网"(OneWeb)星座计划具有很强的代表性。该计划旨在利用大规模低轨卫星提供全球宽带通信服务,其在卫星设计、业务布局、服务理念、批量研制等途径上具有很多与传统卫星通信企业迥异的特质。2019年,一网公司(ONEWEB)提出的"一网"低轨卫星互联网星座进入快速发展阶段。随着2019年2月发射的首批6颗卫星的发射升空,一网公司已经稳步开启了超大规模低轨卫星互联网星座部署的序幕。2020年2月7日,一网公司在拜科努尔发射场发射了34颗组网卫星,加上之前的6颗,在轨卫星数量达到了40颗。     

全球巨型低轨星座通信网络发展、特征与思考

正低轨宽带通信卫星星座的大容量、高速率、全球覆盖特点,要求其星座规模相比低轨移动通信卫星星座的卫星数量呈数量级增长,卫星星座巨型化特征显著。而近年来,以巨型低轨道通信卫星星座为基础的空间宽带通信网络发展进入新的高潮。本文从国际主流巨型低轨星座通信网络的发展入手,阐述了巨型空间互联网系统发展的特征及系统建设面临的挑战,并就我国同类系统未来的方向进行思考。     

国际规则框架下低轨通信星座的频率使用与部署

<正>2022年是全球低轨通信星座大放异彩的一年。从年初“星链”（Starlink）星座在俄乌冲突中的出色表现，到华为、苹果公司纷纷推出直连低轨卫星的旗舰产品，低轨星座逐步将卫星通信服务带入大众视野。与此同时，约束低轨通信星座使用与部署频率轨道资源的国际规则制修订工作也在如火如荼地进行中。按照国际电联《组织法》和《公约》的规定，所有卫星星座都需要在国际电联规则框架下合法规划、使用及部署无线电频率轨道资源。本文将从低轨通信星座的无线电业务本质出发，探讨在国际规则框架下开展低轨通信星座选频规划、频率使用与部署的具体约束。     

三种星座通信系统的竞争态势

三种星座通信系统指的是：（1）小低轨（littleLEO）卫星移动数据传输系统；（2）大低轨（bigLEO）卫星移动电话系统；（3）宽带多媒体通信系统。三种系统中，小低轨系统将首先在1998年开始提供业务。紧跟其后的将是大低轨系统，于1998年底开始提供移动电话业务。最后是Ka频段宽带多媒体卫星系统，它们要到下世纪初才能开始投入应用。现将这三种系统各自的竞争形势作一简述。1小低轨系统在小低轨通信领域，美国轨道通信公司的“轨道通信系统”（Orbcomm）几年来一直被认为处于领先地位，虽然该系统迄今为止还没有获得美国联邦通信委员会…     

星间链路联合磁测约束的低轨星座自主导航

为解决星座仅依靠星间链路测量进行自主导航时的整体旋转和漂移问题,提出一种星间链路联合磁测约束的低轨星座自主导航方法.通过星间观测相机和磁强计,获得同轨道相邻卫星视线矢量与地磁场方向之间的角距和地磁场模值,为低轨星座引入空间基准信息.在非秩亏性分析的基础上,分别建立状态方程和量测方程,利用扩展卡尔曼滤波方法进行整星座的最优状态估计.仿真结果表明,星座卫星自主导航位置精度优于20m,速度精度优于0.05m·s-1,自主导航运行时间维持180天,能够满足低轨卫星星座自主导航的应用需求.      

导航星座不完整对星间自主定轨几何精度因子的影响

星间自主定轨是星座自主导航的关键技术. 在系统建设初期未完成全星座组网、卫星出现故障或受损等情况下, 部分卫星缺失将导致导航星座不完整, 其对星间自主定轨性能的影响值得研究. 本文在提出逐卫星加权最小二乘自主定轨估计方法的基础上, 引入几何精度因子作为衡量星座不完整影响卫星自主定轨性能的指标, 最后以Galileo星座为例进行了仿真与分析. 结果表明, Galileo星座中卫星进行自主定轨时其可视卫星的冗余度较高, 少数卫星缺失不会对星间自主定轨的几何精度因子产生明显影响. 只有当星座缺失卫星数达2/3时, 会使得部分卫星的几何精度因子超差, 卫星自主定轨性能明显下降.      

基于TLE的Starlink星座第一阶段部署情况分析

近年来,随着卫星技术的快速发展和低轨（low earth orbit,LEO）卫星宽带互联网建设需求的不断增加,低轨大规模星座发展日新月异。针对Starlink星座初始化部署问题,首先论述了“星链”（Starlink）星座现状,分析在轨卫星高度变化。然后利用公开的两行轨道根数（two-line element,TLE）,从卫星发射入轨、轨道面分布两个方面,简要分析了Starlink星座的部署情况,给出升交点的变化规律;同时仿真分析了Starlink星座对地面的覆盖性能。最后,给出星座轨道面和相位分布、故障卫星处置以及可见卫星数量。所分析的结果以期为中国未来部署大规模LEO星座的建设提供借鉴。     

卫星智能化装配系统发展现状及关键技术

正1概述近几年随着商业卫星高速发展,国内外出现了大量的卫星星座计划。美国、加拿大等国家相继部署近地卫星互联网战略,旨在推动空天地一体化通信网络建设。以太空探索技术公司(SpaceX)、一网公司(ONEWEB)为代表的卫星企业纷纷发布低轨卫星发射计划,加速推进星座布局。利用低轨卫星实现全球互联网通信,需要大量的卫星协同工作,按照国     

低轨导航增强卫星星座设计

针对目前全球低轨卫星快速发展的现状,对低轨导航增强卫星星座设计方法进行了详细的研究。首先推导了轨道高度与可视球冠的关系,结合太空垃圾分布,从覆盖范围、经济性及碰撞风险几方面联合确定了轨道高度。然后推导了用户仰角与轨道倾角的关系,分析了实现南北极点覆盖的轨道倾角。接着结合铱星星座,推导出单一星座构型无法实现全球范围内均匀的可见星和精度衰减因子（Dilution of Precision,DOP）值分布。最后提出了一种组合低轨卫星星座设计方法。结果表明,该方法设计的组合星座在实现全球覆盖的同时,能够实现可见星数量与DOP值在全球范围内的均匀分布。     

低轨Walker星座构型偏置维持控制方法分析

针对低轨(low earth orbit,LEO)Walker星座构型稳定性维持问题,分析了低轨卫星的轨道摄动和星座构型稳定性的影响因素.通过分析低轨Walker星座的轨道摄动和相对漂移特点,提出了两次偏置策略.首先,依据未偏置时星座相对漂移量拟合得出第一次偏置时的偏置量.然后利用第一次偏置后的相对漂移量拟合得出第二次...     

天基红外导弹预警系统--美国国家导弹防御计划的核心

"天基红外系统"(SBIRS)为一项弹道导弹预警系统计划,是目前美国"国家导弹防御系统"(NMD)计划的核心.该计划于1992年8月批准,1995年开始列入财政年度开支,计划执行13年,直至2008年完成.SBIRS有空间段和地面段两部分,空间段由三种轨道高度的卫星星座组成,即低轨卫星星座(SBIRS-Low)、高轨卫星星座(SBIRS-High)和静止轨道卫星星座(SBIRS-GEO).     

面向低轨巨型星座的载荷托管技术发展趋势及展望

<正>低轨巨型卫星星座具有全球网络覆盖、通信低时延等优势，被视为改变卫星行业发展的重要技术。随着该技术的不断发展和普及，载荷托管技术以为各种应用提供高速、大容量和低延迟的通信服务脱颖而出，为各个行业提供了新的技术选择。本文首先对天基载荷托管技术的发展现状进行阐述，并分析了面向低轨巨型星座的载荷托管发展挑战，从3个设计角度对面向低轨巨型星座的载荷托管技术方向进行了分析，最后，对该技术发展趋势及研究现状进行了总结展望。     

“轨道通信卫星”星座将建成

“轨道通信卫星”星座将建成□□轨道通信公司已完成了其卫星工程中的网络控制中心的建设项目。该中心设在轨道通信公司和轨道科学公司共有的总部——弗吉尼亚州的杜勒斯。加拿大的全球电讯公司和轨道科学公司各自拥有轨道通信公司一半的股份。该公司是利用小卫星群在低轨...     

国外低轨卫星互联网发展最新态势研判

1 国外低轨卫星总体态势 卫星轨道革命加速演进,低轨空间成为全球航天发展焦点 在商业资本、国家战略和技术演进的共同推动下,低轨星座领域取得了跨越式发展.近20年来,低地球轨道(LEO)卫星在年度发射航天器数量占比从57％迅速攀升至97％,年均部署数量提升了2个数量级,地球静止轨道(GEO)卫星占比则从30.5％下跌至1...     

“一网”星座卫星研制情况简析

正"一网"(OneWeb)星座是一网公司(ONEWEB)于2012年提出的低轨宽带卫星星座项目,旨在利用大规模小卫星,实现全球范围无缝宽带服务。One Web星座项目于2019年启动部署,目前已发射288颗卫星。2020年,由于资金链断裂,一网公司曾经历了破产重组,后终被英国政府及印度财团联合竞购,并获欧洲通信卫星公司(Eutelsat)入股,项目得以延续,卫星部署工作也重新进入高频次节奏。     

基于“鸿雁”星座的全球导航增强系统

正近年来,低轨通信星座系统及其应用成为国内外航天企业乃至资本大佬竞相发展的商业航天产业之一,为提高效费比,综合化卫星系统成为低轨通信星座的重要发展趋势。目前,美国已经在"下一代铱星"系统上实现了导航增强功能,中国航天科技集团有限公司近年发展的"鸿雁"星座也将融合导航增强功能。与"铱"卫星不同,"鸿雁"星座面向解决我国难以全球建站及现有多种增强系统的痛点,提出了天基全球监测、实时高精度和安全定位授时等发展方向,既向北斗提供全球监测数据服务,又向广大个人用户提供安全、实时高精度的PNT服务。低轨导航增强与星基增强系统(SBAS)、地基增强系统(GBAS)等传统的导航增强系统有着本质的区别,具有划时代的意义,将推动卫星导航增强迈向一个崭新的时代。     

红外低轨星座突发任务多重策略调度方法

面向红外低轨星座的突发任务规划与资源调度问题,结合红外低轨星座的空间与时间分布特性,提出一种基于多重策略的红外低轨星座任务应急调度方法。所提方法结合红外低轨星座的设计特点,从星座全球分布的均匀性、结构的对称性及星座内卫星运动的周期性分析作为输入,提出一种以地理分区为长期值守分组策略与事件触发下基于相对运动分析的动态快速分组策略相结合的多重策略。在所提策略指导下完成任务分组,开展工作窗口调度。经仿真分析可得:所提策略可有效应对不同区域的目标触发,并实时完成分组及工作窗口规划调度,较好解决了任务突发情况下的系统响应,由于采用优先分组的策略,降低了全局优化的复杂度,具有创新性,且具备较好的应用价值。      

从专利看“星链”卫星星座构型及星箭分离方案

正太空探索技术公司(Space X)"星链"(Starlink)计划组网发射启动以来,已成功发射"星链"卫星千余颗。本文通过分析Space X公司在低轨通信卫星星座领域申请的专利文献,对"星链"星座构型技术方案和星箭分离核心技术理念进行解析,形成低轨通信卫星星座的相关技术启示;同时阐述宏观专利技术分析和深度专利技术分析的方法和价值。