第6章 移动卫星通信系统(上)：卫星星座设计PPT课件

1，第6章卫星星座设计，卫星通信，2，概述，6.1简介6.2卫星星座设计6.3星际链路6.4系统架构，3，6.1简介，卫星移动/宽带通信的发展，4，6.1简介续1，卫星移动/宽带通信的发展，5，6.1简介续2，地面和卫星移动通信系统的比较，6，6.2卫星星座设计，具有相似类型和功能的卫星星座定义分布在相似或互补轨道上的多个卫星，在共享控制下合作完成某些任务基本起点到6.2卫星星座设计延续1、卫星星座选择仰角应尽可能高传输延迟尽可能小卫星上设备的功耗如果系统使用星际链路，面内和面内星际链路干扰必须限制在不同国家和不同类型服务的可接受范围内。轨道分配需要遵循相应的规则和规定以及多个覆盖问题，以支持特定服务(全球定位系统定位)或具有服务质量保证的服务。8、6.2卫星星座设计续2。卫星星座类型极/近极轨道星座斜圆轨道星座(主要是沃克的三角星座和巴拉德的玫瑰星座)共地轨道星座赤道轨道星座混合轨道星座，9，6.2卫星星座设计续3，极轨星座中的极轨星座：每个轨道平面具有相同的倾角和相同的卫星数，所有卫星具有相同的轨道高度，轨道倾角固定为90，因此所有轨道平面在南极和北极形成两个交点星座。卫星在高纬度地区密集，稀疏顺行轨道平面之间的间隔和低纬度地区逆行轨道平面之间的差异。10。6.2卫星星座设计继续4。在极轨星座卫星覆盖的半覆盖宽度公式中，S是每个轨道平面的卫星数。11、6.2卫星星座设计延续5，极轨星座顺行/逆行轨道平面和接缝星座由于反向飞行现象，星座首末轨道平面之间的空间小于其他相邻轨道平面之间的空间，12，6.2卫星星座设计延续6，极地轨道星座相邻轨道平面之间的几何覆盖关系，13，6.2卫星星座设计延续7，极地轨道星座全球覆盖条件，14，6.2卫星星座设计延续8，极地轨道星座单全球覆盖星座参数延续15，6.2卫星星座设计延续9，极地轨道星座球形帽覆盖条件16，6.2卫星星座设计延续10，极地轨道星座30以上单全球帽覆盖星座参数延续17，6.2卫星星座设计延续11， 近极轨道星座倾角接近但不等于90，即80-100覆盖带设计方法仍然适用于极轨道星座的设计方程。 倾斜因子需要扩展以应用于近极轨道的设计，6.2个卫星星座。在近极轨道星座中，顺行和逆行轨道平面之间的上行交点的经度差分别在公式中，顺行和逆行轨道平面之间的上行交点的经度差分别对应于极轨道星座，19，6.2卫星星座设计延续13，近极轨道星座全球覆盖方程，20，6.2卫星星座设计延续14，考虑倾角影响的近极轨道星座，相邻轨道星座中相邻卫星之间的相位差满足，21，6.2卫星星座设计延续15，单权重全球覆盖近极轨道星座参数近极轨道星座倾角85，22。6.2卫星星座设计续16，斜圆轨道星座斜圆轨道星座特征：它由高度和倾角相同的圆轨道组成。轨道平面的上升交点在参考平面中均匀分布。卫星均匀分布在东半球解算出：星座相邻轨道平面上升交点处的经度差为360/3=120，轨道平面内相邻卫星之间的相位差为360/(9/3)=120，相邻轨道平面内相邻卫星之间的相位差为360/91=40，轨道高度，轨道倾角，27，6.2卫星星座设计继续21，示例6.1卫星继续的初始参数显示在下表28中。沃克德尔塔最佳三角星座，29，6.2卫星星座设计续篇23，巴拉德玫瑰星座的玫瑰星座特征：圆形轨道上的所有轨道具有相同的高度和倾角。轨道平面的高架交点在参考平面内均匀分布。卫星在轨道平面上均匀分布。卫星在轨道平面上的初始相位与轨道平面的上升交角成正比。卫星星座设计延续24，在巴拉德玫瑰星座的玫瑰星座中，卫星在天球表面的位置可以通过3个固定方位角和1个时变相位角来确定。j是j卫星所在的轨道平面的上升交角ij，j卫星所在的轨道平面的j是j卫星在轨道平面中的初始相位，x=2t/T是从沿着卫星方向的右上升交点测量的卫星的时变相位，31，6.2卫星星座设计延续25，Ballard Rose星座Logo Rose星座还可以用三元参数集(N，P，m)N:星座卫星总数P:轨道平面数m:共因子来表征，它影响卫星在天球上的初始分布和星座图案在天球上的移动速度，32，如果M是一个不可约分数，这意味着在每个轨道平面上都有S=N/P个卫星，M的分母值是S，33，6.2。卫星星座设计延续27。Ballard Rose星座优化技术可以证明天球上3颗卫星(I，j，k)形成的球面三角形的中心位置是最差的观测点位置，34，6.2。卫星星座设计延续28。巴拉德玫瑰最佳玫瑰星座，35，6.2卫星星座设计延续29，玫瑰星座和三角星座的三角星座相位因子F之间的等效关系以及玫瑰星座延伸共因子M满足以下关系：相位因子F是共因子M和S(每个轨道平面的卫星数)乘积的模P(轨道平面数)余数，36，6.2卫星星座设计延续30，示例6.2新ICO星座系统采用表示为10/2/0的三角形星座结构。给出了星座的等效玫瑰星座参数。解：轨道平面的数量P=2，每个轨道平面的卫星数量S=10/2=5，相位因子F=0。因此，因为n的可能值是1、2、3和4m，所以n的可能值是2/5、4/5、6/5和8/5。newico系统的玫瑰星座标识为(10，2，(2/5，4/5，6/5，8/5)，37，6.2卫星星座设计延续31，6.2延续38，6.2卫星星座设计续32、共地轨道星座共地轨道星座是一种特殊的星座，星座中的所有卫星都沿着相同的地面轨道运动，共地轨道星座的上升交点在赤道平面上的分布不一定是均匀的，并且星座中的卫星在特定的服务区域上相对密集，从而提高了该区域的覆盖性能。39 .6.2卫星星座设计延续33，为了确保卫星I和J具有相同的地面轨迹，需要满足以下关系，其中S是卫星的飞行角速度，40，6.2卫星星座的设计继续34。尽管共同地面轨道星座的所有卫星都沿着相同的地面轨道飞行，但地球的旋转仍可能导致地面轨道沿着赤道移动，以使地面轨道与地面保持相对固定的状态。共地轨道星座应采用递归或准递归轨道回归/准回归轨道，即卫星的子卫星点轨道在m恒星日绕地球旋转l圈后的重复轨道(m和l为整数)。41 .6.2卫星星座设计延续35，由于其角速度42，6.2卫星星座设计延续36，公共地面轨道星座设计延续43，6.2卫星星座设计延续37，赤道轨道星座n颗卫星均匀分布在赤道轨道平面的特定高度44，6.2卫星星座设计延续38、混合轨道星座Orbcomm系统有3个倾角为45的轨道平面，每个轨道平面有8颗卫星，1个倾角为825公里的轨道平面分别为70和108，每个轨道平面有2颗卫星，轨道高度为780公里，1801个赤道轨道平面，轨道平面的上升点和交点之间有经度差，8颗卫星，轨道高度为780公里，45，6.2卫星星座设计延续39、混合轨道椭圆星座系统的BOREALISTM子系统由10颗卫星组成，分布在倾角为116.6的2个椭圆轨道上。远地点和近地点高度分别为7605公里和633公里。6.3星际链接。星际链接是可见卫星之间的直接链接。轨间星间链路：连接同一轨道平面内卫星的轨间星间链路：连接相邻轨道平面间卫星的轨间星间链路：连接不同高度轨道平面间卫星的轨间星间链路，47，6.3星际链接续1。面内星际链路通常由一颗卫星和位于同一轨道平面前后的一颗卫星建立。因为在同一轨道平面上的卫星之间的相对运动几乎为零，所以行星际链路天线的指向角是固定的，并且不需要跟踪功能平面之间的行星际链路。由于卫星之间的相对运动，星际链路天线的方位角、仰角和链路长度是时变的，因此跟踪天线48，6.3星际连线续2，49，6.3行星际链路延续3，行星际链路不同高度轨道平面上卫星间的相对运动，行星际链路重建需要跟踪天线接入卫星选择策略对行星际链路稳定性有很大影响，50，6.3星际链接延续4，51，6.3星际链接延续5，仰角计算距离计算最大地心角和距离，52，6.3星际链路延续6，示例6.3星座卫星轨道高度1414千米。在某个时刻，卫星a和卫星b分别位于(0E，20N)和(50E，15S)。假设星际链路到地球的保护距离为50公里，判断星际链路是否星际链路天线的瞬时仰角星际链路的瞬时长度，53，6.3，星际链路延续7，仰角计算距离计算最大质心角和距离，不同卫星高度，54，6.4系统架构，由欧洲电信标准化协会(ETSI)确定的全球覆盖卫星个人通信网络(S-PCN)的可能结构，55，6.4系统架构续1，方案(a)采用透明发射卫星，并依靠地面网络连接网关站移动用户之间的呼叫传输延迟至少等于两跳非静止轨道卫星的传输延迟加上网关站之间地面网络的传输延迟。全球卫星系统采用这种结构，6.4系统架构延续2，方案(b)不采用星际链路。使用地球静止卫星提供网关站之间的连接减少了系统对地面网络的依赖，但它将导致长距离数据传输。移动用户之间的呼叫传输延迟至少等于非静止卫星的两跳传输延迟加上静止卫星的一跳传输延迟。57岁，6.4系统架构续3，方案(c)利用星际链路实现具有相同轨道结构的卫星的互连系统仍然需要