卫星星座设计分析.ppt

第6章 卫星星座设计 概要 6.1 引言 6.2 卫星星座设计 6.3 星际链路 6.4 系统体系结构 6.1 引言 卫星移动/宽带通信的发展 6.1 引言 续1 卫星移动/宽带通信的发展 6.1 引言 续2 地面和卫星移动通信系统的比较 6.2 卫星星座设计 卫星星座的定义 具有相似的类型和功能的多颗卫星，分布在相似的或互补的轨道上，在共享控制下协同完成一定的任务 设计基本出发点 以最少数量的卫星实现对指定区域的覆盖 6.2 卫星星座设计 续1 卫星星座选择 仰角要尽可能高 传输延时尽可能小 星上设备的电能消耗尽可能少 如果系统采用星际链路，则面内和面间的星际链路干扰必须限制在可以接收的范围内 对不同国家、不同类型的服务，轨位的分配需要遵循相应的规章制度 多重覆盖问题以支持特定业务(GPS定位)或提供有QoS保证的业务 6.2 卫星星座设计 续2 卫星星座类型 极/近极轨道星座 倾斜圆轨道星座(主要有Walker的Delta星座和 Ballard的Rosette星座) 共地面轨迹星座 赤道轨道星座 混合轨道星座 6.2 卫星星座设计 续3 极轨道星座 在极轨道星座中：每个轨道面有相同的倾角和相同数量的卫星，所有卫星具有相同的轨道高度 轨道倾角为固定的90o，因此所有轨道平面在南北极形成两个交叉点 星座卫星在高纬度地区密集，在低纬度地区稀疏 顺行轨道平面间的间隔和逆行轨道平面间的不同 6.2 卫星星座设计 续4 极轨道星座 卫星覆盖带(Street of Coverage) 半覆盖宽度 式中S是每轨道面的卫星数量 6.2 卫星星座设计 续5 极轨道星座 顺行/逆行轨道面和‘缝隙(seam)’ π星座 由于存在逆向飞行现象， 星座第一个和最后一个 轨道面间的间隔小于其 它相邻轨道面间的间隔 6.2 卫星星座设计 续6 极轨道星座 相邻轨道面的几何覆盖关系 6.2 卫星星座设计 续7 极轨道星座 全球覆盖条件 6.2 卫星星座设计 续8 极轨道星座 单重全球覆盖星座参数 6.2 卫星星座设计 续9 极轨道星座 球冠覆盖条件 6.2 卫星星座设计 续10 极轨道星座 30o以上单重球冠覆盖星座参数 6.2 卫星星座设计 续11 近极轨道星座 倾角接近但不等于90o，即80 -100o 覆盖带设计方法仍然适用 极轨道星座的设计方程需要进行扩展，加入倾角因素，以适用于近极轨道 6.2 卫星星座设计 续12 近极轨道星座 近极轨道星座中，顺行和逆行轨道面间的升交点经度差 和 分别为 式中， 和 分别对应极轨道星座顺行和逆行轨道面间的升交点经度差 6.2 卫星星座设计 续13 近极轨道星座 全球覆盖方程 6.2 卫星星座设计 续14 近极轨道星座 考虑到倾角的影响，近极轨道星座中相邻轨道相邻卫星间的相位差满足 6.2 卫星星座设计 续15 近极轨道星座 倾角85o的单重全球覆盖近极轨道星座参数 6.2 卫星星座设计 续16 倾斜圆轨道星座 倾斜圆轨道星座特征：由高度和倾角相同的圆轨道组成，轨道面升交点在参考平面内均匀分布，卫星在每个轨道平面内均匀分布 两类经典设计方法 Walker的Delta星座 Ballard的玫瑰(Rosette)星座 两种方法是等效的 6.2 卫星星座设计 续17 倾斜圆轨道星座 倾斜圆轨道星座的命名 6.2 卫星星座设计 续18 Walker Delta星座 相邻轨道面相邻卫星的相位差概念 6.2 卫星星座设计 续19 Walker Delta星座 星座标识法 Delta星座可以用一个3元参数组完整描述 T/P/F T：星座卫星总数 P：轨道平面数量 F：相位因子，取值0到P-1 相位因子确定相邻轨道面相邻卫星间的相位差 6.2 卫星星座设计 续20 例6.1 某Delta星座标识为 9/3/1:10355:43。假设初始时刻，星座第一颗卫星位于(0oE, 0oN)。计算所有星座卫星的初始参数。 解: 星座相邻轨道面的升交点经度差为 360o/3 =120o 轨道面内相邻卫星间的相位差为 360o/(9/3) = 120o 相邻轨道面相邻卫星间的相位差为 360o/9×1=40o 6.2 卫星星座设计 续21 例子6.1 续 卫星的初始参数如下表 6.2 卫星星座设计 续22 Walker Delta星座 最优Delta星座 6.2 卫星星座设计 续23 Ballard玫瑰星座 玫瑰星座的特性： 圆轨道 所有轨道的高度和倾角相同 轨道面升交点在参考平面内均匀分布 卫星在轨道面内均匀分布 卫星在轨道面内的初始相位与该轨道面的升交点角成正比 6.2 卫星星座设计 续24 Ballard玫瑰星座 玫瑰星座中，卫星在天球表面的位置 可用3个固