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低轨卫星组网设计.doc

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文档介绍:1概述
卫星星座是指由多颗卫星按照一定规则和形状 构成可提供一定覆盖性能卫星网络,是多颗卫星进行协同工作基本形式。卫星星座构造会影响网络覆盖区域、网络时延和系统成本等。老式同步轨道卫星轨道高、链路损耗大,对地面终端 EIRP和接受天线G/T值规定过高,难以实现手持机与卫星直接进行通信;而低轨卫星由于链路损耗小,减少了对顾客终端EIRP和G/T值规定,可支持地面小型终端与卫星直接通信,有助于信息实时传播。 当代通信发展规定卫星通信系统应具备全球通信能力。低轨卫星实现全球覆盖所需卫星数目 较多(Iridium系统66颗星),系统实现成本很高,对于国内这样发展中华人民共和国家要在短期内构建全球性低 轨卫星通信系统,无论是在经济上还是在技术上都 存在较大困难。因而,在预期星座整体构型下,通过设计和筛选,合理布置少数卫星以满足当前任务 和需求,并在此后发展中通过不断发射新卫星进行补网,最后实现星座预期覆盖和通信能力,是国内卫星通信发展一条可行之路。

2星座参数设计
2.1轨道设计
椭圆轨道多用于区域性覆盖,但轨道倾斜角必要为63.4°(为了避免拱点漂移),这对中低纬度地区覆盖十分不利,而圆轨道倾斜角可在0°~90°。 之间任意选取。考虑国内所处纬度范畴为北纬4°~ 54°之间,星座设计宜应采用倾斜圆轨道。轨道高度选取重要是系统所需卫星数目与地面终端EIRP和G/T值折衷。同步,轨道高度选取还需考虑地球大气层和范·阿伦带两个因素影响,普通以为LEO卫星可用轨道高度为700~2 000 km。

2.2卫星周期设计
为了便于卫星轨道控制,普通选取使用回归轨道,即卫星运营周期与地球自转周期成整数比。卫 星运营周期与地球自转周期关系如下式所示:

(1)
式中,k、n为整数,Ts为卫星运营周期,Te为地球自转周期,且Te=86 164 s。依照开普勒定理,可得卫星周期Ts(单位s)与轨道高度h关系如下:
(2)
式中,地球半径Re=6 378.137 km,开普勒常数。取k=2,n=25,可得卫星周期 Ts=6893 s,轨道高度h=1450 km。


2.3星座相位关系设计
星座相位关系拟定是指拟定卫星在星群中位置,它涉及轨道倾角、轨道平面布置、同一平面 内卫星位置和相邻轨道卫星相对位置关系。普通,为了使卫星具备最大均匀覆盖特性,同一轨道 平面内卫星应均匀分布,即相邻卫星相位差应 满足360/m,m为该轨道平面内卫星数量。对于不同轨道平面内卫星,相对相位角不同会使星座 覆盖特性相差甚远。 依照立体几何关系,推导出两个星下点(卫星与 地心连线和地面交点)之间距离d公式如下:

式中,、为两星下点纬度,妒为两星下点经度差绝对值。相对相角优化算法准则是使星下点间最小距离最大化。


3覆盖分析
为了研究以便,假定卫星对地球覆盖是对准地心且只有一种大波束。圆轨道时单颗卫星对地覆盖几何关系如图1所示。
β
d

观测点
观测点地平线
E



H+Re
X

星下点
O
Re
α




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低轨卫星组网设计.doc

上传人:梅花书斋 2021/12/5 文件大小:62 KB

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