低轨星载粒子探测器布局优化研究

基于卫星工具包(STK)、MATLAB软件和国际地磁参考场(IGRF)模型,对粒子探测器在低轨卫星任务中的投掷角测量范围进行了仿真,并给出了其探测器的星上布局优化方法。研究结果表明:粒子探测器的星上布局选择与任务的探测目标相关。如果探测目标是束缚在磁场中作弹跳运动的粒子,应将探测器在朝向卫星轨道坐标系±Y轴的基础上向卫星的前进方向偏转;如果探测目标是处于损失锥中的沉降粒子,应将探测器在朝向卫星轨道坐标系-Y轴的基础上向天顶方向偏转;为实现全投掷角探测范围的探测,要使用多个探测器通过构型布局优化进行联合探测。文章提出的投掷角测量范围分析与优化方法,可推广到多种轨道高度的粒子探测卫星总体设计中,为提升卫星的总体分析设计水平提供支持。     

一种GEO/LEO双层卫星网络路由算法及仿真研究

时间虚拟化策略的时间片过短将影响路由性能,提出一种基于GEO/LEO双层卫星网络的时间虚拟化和分层管理的路由算法（VLRA）,对时间虚拟化策略进行合理改进,通过新的分层管理思想,在每个时间片开始进行路由计算和更新。分析和仿真验证表明,改进的时间虚拟化策略得到的时间片更合理,利于网络的路由和通信。GEO/LEO双层卫星网络下VLRA算法时延稳定,并具有较好的丢包率和吞吐量性能。     

路由算法在LEO通信星座构型优化中的应用

低轨(LEO,Low Earth Orbit)通信星座的特殊功能决定了其构型优化需要综合考虑成本、覆盖和路由性能等因素.以往的研究往往忽略了路由性能,导致优化得到的构型不能很好的满足要求.首先给出了两个意义明确的星座路由性能的评价指标,然后通过将它们作为目标函数进行仿真,验证了其优化必要性和评价有效性.最后利用多目标遗传算法实现了星座的构型优化.仿真结果显示,将路由算法加入到星座的构型优化中,在仅对星座构型参数进行微调的前提下,不仅满足了成本、覆盖等基本要求,而且星座的路由性能大大提高.     

LEO卫星电源系统拓扑研究

基于30个近地轨道（LEO）卫星任务及其电源系统应用情况,在系统层面上对5种电源系统拓扑进行了分析比较,包括配置方式、控制原理、效率及器件等。针对功率调节性能和器件组成规模,选择配有最大功率点跟踪（MPPT）的升一降压调节器（B2R）作为多适用的电源系统拓扑。此系统适应LEO卫星需求,属于拓扑用途广泛的电源系统,可通过合理配置热备份的功率调节模块来实现功率组合及可靠性设计,具有较高的兼容性,能够满足中国LEO卫星任务需求。     

低轨卫星多普勒频移特性的快速计算

地面站利用低轨卫星进行通信时,地面接收站接收信号存在明显的多普勒频移现象。为描述多普勒频移特性,首先分析卫星轨道偏心率对多普勒特性曲线的影响,分析表明：轨道偏心率越大,地面站接收信号多普勒变化率越大。其次,推导了卫星多普勒频移的计算表达式,并讨论了低轨卫星多普勒频移特性曲线的快速计算。仿真计算结果表明,该算法可以很好地描述任意低轨道卫星多普勒频移特性,并明显缩短了精确算法的计算时间,对于10 000km轨道高度卫星,算法置信度可达99%以上。     

LEO卫星通信网络的移动性管理

近年来,低轨道LowEarthOrbit,LEO）卫星通信网络以全球覆盖、低传输时延、低功耗链路、较强的抗毁性等特点而受到广泛关注,是未来全球移动通信系统的重要组成部分。移动性管理是构建LEO卫星通信网络的关键技术,为推动移动性管理问题的研究,文章从LEO卫星通信网络的结构和特点入手,阐述了LEO卫星通信网络中移动性管理的分类,并分析了其相比地面移动无线网络的特殊性。从链路层、网络层、传输层三个协议层次综述了近年来LEO卫星通信网络移动性管理研究的国内外现状,重点介绍了移动IPv6（MobileIPv6,MIPv6）和无缝IP分集通用移动性结构（SeamlessIP-diversitybasedGeneralizedMobilityArchitecture,SIGMA）在LEO卫星通信网络中的应用。最后,指出了移动性管理的发展趋势。     

Effects of space weather on the ionosphere and LEO satellites’ orbital trajectory in equatorial,low and middle latitude

We study the effects of space weather on the ionosphere and low Earth orbit (LEO) satellites’ orbital trajectory in equatorial, low- and mid-latitude (EQL, LLT and MLT) regions during (and around) the notable storms of October/November, 2003. We briefly review space weather effects on the thermosphere and ionosphere to demonstrate that such effects are also latitude-dependent and well established. Following the review we simulate the trend in variation of satellite’s orbital radius (r), mean height (h) and orbit decay rate (ODR) during 15 October–14 November 2003 in EQL, LLT and MLT. Nominal atmospheric drag on LEO satellite is usually enhanced by space weather or solar-induced variations in thermospheric temperature and density profile. To separate nominal orbit decay from solar-induced accelerated orbit decay, we compute $r\text{,}h$ and ODR in three regimes viz. (i) excluding solar indices (or effect), where $r=r_0\text{,}h=h_0$ and $\mathit{ODR}={\mathit{ODR}}_0$ (ii) with mean value of solar indices for the interval, where $r=r_m\text{,}h=h_m$ and $\mathit{ODR}={\mathit{ODR}}_m$ and (iii) with actual daily values of solar indices for the interval ($r\text{,}h$ and ODR). For a typical LEO satellite at h?=?450?km, we show that the total decay in r during the period is about 4.20?km, 3.90?km and 3.20?km in EQL, LLT and MLT respectively; the respective nominal decay ($r_0$) is 0.40?km, 0.34?km and 0.22?km, while solar-induced orbital decay ($r_m$) is about 3.80?km, 3.55?km and 2.95?km. h also varied in like manner. The respective nominal ${\mathit{ODR}}_0$ is about 13.5?m/day, 11.2?m/day and 7.2?m/day, while solar-induced ${\mathit{ODR}}_m$ is about 124.3?m/day, 116.9?m/day and 97.3?m/day. We also show that severe geomagnetic storms can increase ODR by up to 117% (from daily mean value). However, the extent of space weather effects on LEO Satellite’s trajectory significantly depends on the ballistic co-efficient and orbit of the satellite, and phase of solar cycles, intensity and duration of driving (or influencing) solar event.     

基于PCRLB的低轨星座对自由段多目标的多传感器调度算法

研究了低轨星座跟踪自由段目标背景下的多目标多传感器调度问题.论述了自由段目标运动模型和星载红外传感器测量模型.考虑到目标出现的时空不确定性,面向系统的跟踪性能,建立了基于突发事件和滚动周期的调度框架以及调度与跟踪的闭环结构.基于此,建立了调度的具体算法.特别地,以调度周期内系统的信息增量最大化为目标,详细设计了基于PCRLB的调度策略性能指标.仿真验证了算法的可行性、优越性以及在动态环境中的适应性.     

基于局部洪泛优化的低轨星座分布式路由算法

针对传统分布式路由算法应用于大型低轨星座时拥塞控制能力有限的问题,提出了基于局部洪泛优化的分布式路由算法。该算法通过局部洪泛的机制收集星间链路的拥塞信息,以应对局部通信需求密集所导致的常见拥塞现象;通过局部路径优化,以较低运行开销实现了流量疏导和网络负载均衡。并且该算法可适用于多层低轨卫星网络结构,不会产生路由环路,对卫星随机故障具有宽适应性。仿真实验表明:该算法在通信需求分布不均的高网络负载情况下能降低2%~10%的丢包率,并对网络随机故障具有鲁棒的表现。     

适于低轨卫星IP网络的单核共享树组播算法(英文)

为了解决低轨卫星IP网络中现有典型源组播算法的信道资源浪费问题,本文提出了一套单核共享树组播算法,即核心群合并共享树(CCST)和加权核心群合并共享树(w-CCST)算法。CCST 算法包括动态近似中心(DAC)选核方法和核心群合并组播路径构建方法。DAC方法专为周期、规律运动的低轨卫星网络提出,不需要复杂的星上计算。在核心群合并方法中,以核节点作为初始核心群,通过核心群和剩余组成员的最短路径方法逐步扩展直至整棵组播树构建完成,从而使得组播树的树代价最小,大大提高了网络的带宽利用率和组播传输效率。w-CCST 算法中所提出的加权因子可以调整树代价和端到端传播时延之间的折衷程度,因此,可以通过调整加权因子来适度增大树代价、降低端到端传播时延以支持某些端到端时延要求苛刻的实时组播业务。最后,与低轨卫星 IP 网络中典型算法进行了性能比较,仿真结果说明,CCST 算法的平均树代价比其它算法显著降低,w-CCST 算法的平均端到端传播时延小于 CCST 算法。