共轨迹卫星星座的优化设计及应用探讨

上传者：裴惠琴
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上传时间：2015-05-07
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共轨迹卫星星座的优化设计及应用探讨

第２４卷第２期２００６年６月飞行力学ＦＬＩＧＨＴＤＹＮＡＭＩＣＳＶ０１．２４Ｎｏ．２Ｊｕｎｅ２００６共轨迹卫星星座的优化设计及应用探讨包海涛，李红（华中科技大学数学系，湖北武汉４３００７４）摘要：引入了初始卫星和时差的概念，通过仿真实验和优化设计，给出了一种针对我国区域特性的共地面轨迹中轨卫星（ＭＥ０）星座。同时利用该星座所具有的较好二重覆盖特性，提出了综合运用静止卫星（ＧＥ（））和ＭＥ（）星座组成卫星区域导航系统的方案。并通过仿真模拟确认了该方案的可行性。关键词：共地面轨迹；仰角；区域性星座中图分类号：Ｖ４２３．４文献标识码：Ａ文章编号：１００２一０８５３（２００６）０２一００８１一０５引言卫星星座的选择和设计现在越来越多地运用共地面轨迹卫星构成区域性星座或全球性星座。当星座中的卫星“走”相同星下点轨迹时，对特定区域的覆盖更加“紧凑”。一方面使星座的卫星数大大降低，系统更加经济；另一方面使系统空间段实现更为简单。因为移动卫星通信的一个重要特点是通信卫星相对于地面设备处于高速运动之中（每秒几公里），这对采用定向天线的地面设备的天线定位和跟踪提出了非常高的要求。但在共轨迹的情况下，对不同卫星定位和跟踪则成了不同周期的方位角和仰角的重复，并且对于空间段，为了降低系统的切换概率，多数系统均采用“地面固定多波束覆盖”技术（卫星尽管移动但其“照射”区域保持不变，直到覆盖区最远边缘小于最小仰角为止）。在所有卫星共地面轨迹的情况下，星上天线覆盖控制同样要简单得多‘１１。本文研究了共轨迹卫星星座中的卫星轨道参数，提出了初始卫星和时差的概念，它对该星座的覆盖性能（单星覆盖率、连续覆盖时间、中断次数等）起了决定性的作用，并从这一角度结合相关文献作了深入分析，指出文献里的优点和可以改进的地方。在此基础上，对我国区域进行了设计，提出了一种中轨卫星星座。卫星采用回归轨道，保证每天的某个时段或者全天对特定地区提供服务，另外它能使我国全天绝大部分地区单星覆盖率达到１００％，双星覆盖率接近８５％，中断次数为ｏ。无论对于区域卫星移动通信系统还是卫星导航系统，空间段单纯采用ＧＥＯ卫星或ＭＥＯ卫星都存在一些问题［２］。因此，本文设计了中轨卫星星座，提出了综合运用ＧＥｏ和ＭＥｏ星座组成卫星区域导航系统的方案，并通过计算机仿真模拟得到我国主要城市的几何定位因子（ＧＤＯＰ），论证了该方案的可行性。初始卫星和时差的设计首先给出起始卫星的时间一仰角图，如图ｌ所示。可以看出它存在几个突峰（超过一个较高的仰角）和几段凹谷（低于一个较小的仰角都算凹谷），ＰＶ＼援量图１初始卫星的时间一仰角图收稿日期：２００５一０４一０５；修订日期：２００５一１２—１６基金项目：航天创新基金资助项目作者简介：包海涛（１９８２－），男，湖北钟祥人，硕士研究生，研究方向为小卫星星群编队飞行和卫星轨道计算。
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