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《面向低轨通信星座的导航定位方法比对研究》篇一一、引言随着现代通信技术的飞速发展，低轨通信星座系统在提供全球覆盖、高带宽和低延迟的通信服务方面展现出巨大的潜力。
然而，为这样的系统实现精确的导航定位功能，是确保其高效运行和提供准确服务的关键。
本文旨在对比研究面向低轨通信星座的导航定位方法，分析其优缺点，为相关研究和应用提供参考。
二、低轨通信星座概述低轨通信星座是指一组在地球低轨道运行的卫星，通过这些卫星实现全球范围内的通信覆盖。
低轨卫星具有轨道高度低、信号传播延迟小、可提供高带宽和低延迟的通信服务等优点。
然而，由于卫星数量多、分布广，其导航定位的难度较大，因此需要采用适当的导航定位方法。
三、导航定位方法概述目前，面向低轨通信星座的导航定位方法主要包括基于星间链接的导航定位、基于地面基站的导航定位以及混合导航定位方法。
这些方法各有优缺点，适用于不同的应用场景。
1. 基于星间链接的导航定位基于星间链接的导航定位方法主要通过卫星之间的相互观测和信号传输实现定位。
这种方法具有自主性强、不受地面设施影响等优点，但需要卫星之间具备精确的测距和测角能力。
2. 基于地面基站的导航定位基于地面基站的导航定位方法利用地面基站与卫星之间的信号传输实现定位。
这种方法具有定位精度高、可提供全面的服务支持等优点，但需要建设大量的地面基站，且受地面设施影响较大。
3. 混合导航定位方法混合导航定位方法结合了上述两种方法的优点，既利用卫星之间的相互观测，又借助地面基站的支持实现导航定位。
这种方法具有较高的定位精度和较强的自主性，但需要综合考虑卫星和地面基站的布局和资源分配。
四、比对研究针对上述三种导航定位方法，本文从定位精度、自主性、建设成本、维护难度等方面进行比对研究。
1. 定位精度在定位精度方面，基于地面基站的导航定位方法具有较高的精度，特别是在城市等复杂地形环境下表现优异。
基于星间链接的导航定位方法在空旷地区表现较好，但在复杂环境下可能存在较大的误差。
改进的数字化TDRSS中频信号捕获跟踪系统
王诺;戴逸民
【期刊名称】《通信学报》
【年(卷),期】2003(024)006
【摘要】跟踪与数据中继卫星系统(TDRSS)是转发地球站对低、中轨道航天器的
跟踪测控信号和中继从航天器发回地面的信息的通信卫星系统,美国和俄罗斯的跟
踪与数据中继卫星早已组网并投入运行,为适应我国现代航天测控技术的需要,我们
对其中频信号扩频码及载波的捕获跟踪数字系统做了完整设计和实现.本文对其中
关键技术及算法的改进设计,如扩频码的频域/时域二维序贯搜索捕获环与窄间隔超前、滞后数字锁相跟踪环,及载波自动频率捕获环、锁相跟踪环等的实现做了介绍.
最后给出了基于FPGA实现的完整方案及性能.
【总页数】9页(P90-98)
【作者】王诺;戴逸民
【作者单位】中国科学技术大学,电子工程与信息科学系,安徽,合肥,230026;中国科学技术大学,电子工程与信息科学系,安徽,合肥,230026
【正文语种】中文
【中图分类】V443+.1
【相关文献】
1.GNSS信号捕获与跟踪算法的改进与实现 [J], 辛富国;李荣芳
2.《电讯技术》专题资料《跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）用户终端技术研究》
题要（一） [J],
3.《电讯技术》专题资料《跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）用户终端技术研究》题要（二） [J],
4.《电讯技术》专题资料《跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）用户终端技术研究》题要（三） [J],
5.《电讯技术》专题资料《跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）用户终端技术研究》题要（四） [J],
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适于中国的移动卫星通信系统星座设计方案
张海忠;王东进;刘发林
【期刊名称】《中国科学技术大学学报》
【年(卷),期】2000(030)006
【摘要】针对我国地域分布的实际情况及移动通信业务量各时间段的差异,提出了一种适合我国的移动通信卫星组网星座方案.利用一颗同步卫星和两个低轨道上16颗小卫星来构建卫星通信系统,达到移动通信的要求,并对这一星座方案在我国范围内的覆盖情况进行了比较详细的分析.
【总页数】5页(P666-670)
【作者】张海忠;王东进;刘发林
【作者单位】中国科学技术大学空间信息研究中心,合肥,230026;中国科学技术大学空间信息研究中心,合肥,230026;中国科学技术大学空间信息研究中心,合
肥,230026
【正文语种】中文
【中图分类】TN915
【相关文献】
1.用小卫星星座实现中国区域性和地带移动通信系统 [J], 林来兴
2.中国低轨移动卫星通信系统星座设计 [J], 胡剑浩;吴诗其;冯钢
3.中国的三种非同步轨道卫星移动通信系统星座方案 [J], 吴诗其;胡剑浩
4.移动卫星通信系统低椭圆轨道星座设计 [J], 廖笠;吴诗其
5.中轨移动卫星通信系统星座方案研究 [J], 胡剑浩;吴诗其
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《面向低轨通信星座的导航定位方法比对研究》篇一一、引言随着通信技术的不断发展，低轨通信星座作为一种新兴的卫星通信方式，已经成为现代导航定位技术的重要组成部分。
为了更好地服务于人们的日常生活以及各个领域的精确化需求，本文针对面向低轨通信星座的导航定位方法进行了系统的比对研究。
二、低轨通信星座概述低轨通信星座，指的是运行在近地轨道的卫星系统，由于它们离地面较近，因此具有传输速度快、时延小等优势。
然而，由于卫星数量众多、分布广泛，其导航定位的准确性和稳定性成为了一个重要的研究课题。
本文针对不同低轨通信星座导航定位技术的优势和劣势进行深入研究，并选取典型的定位方法进行比较。
三、不同导航定位方法的介绍与特点3.1 基于接收卫星信号的方法（1）全球定位系统（GPS）GPS是目前应用最广泛的导航定位系统之一，其通过接收多个卫星的信号进行定位。
在低轨通信星座中，GPS同样具有重要作用。
（2）北斗系统北斗系统作为中国的卫星导航系统，与GPS相比，其定位精度、稳定性等方面具有一定的优势。
3.2 基于星间链路的方法星间链路是低轨通信星座中一种重要的导航定位方式，通过相邻卫星之间的相互连接和交换信息，实现准确的导航定位。
该方式在快速、准确的定轨定姿方面具有独特的优势。
四、导航定位方法的比对分析本文从准确性、实时性、稳定性和覆盖范围等四个方面对上述不同导航定位方法进行比对分析。
首先，通过收集文献和数据分析得出各方法的实际表现数据；其次，通过表格、图形的形式展示数据的比较结果；最后，分析不同方法在不同场景下的适用性及优缺点。
五、结论与展望通过上述比对分析，本文得出以下结论：在准确性方面，基于接收卫星信号的方法如GPS和北斗系统具有较高的精度；在实时性方面，星间链路具有明显的优势；在稳定性方面，多种方法各有优劣；在覆盖范围方面，基于接收卫星信号的方法具有更广泛的覆盖范围。
因此，在实际应用中，应根据具体需求选择合适的导航定位方法。
导航工程技术中的导航卫星轨道与星座研究导航工程技术在现代社会中的应用日益广泛，其中导航卫星轨道和星座的研究起着至关重要的作用。
导航卫星轨道的设计和星座的构建对于确保导航系统的精准性和可靠性具有重要意义。
本文将介绍导航卫星轨道和星座的基本概念与研究方法，并探讨其在导航工程技术中的应用。
导航卫星轨道是指卫星围绕地球运行的轨迹。
为了实现全球范围内的导航定位和导航导引，导航卫星必须在地球上方的空间中均匀分布。
常见的导航卫星轨道有地球同步轨道、近地轨道和中地轨道等。
地球同步轨道的特点是卫星的运行周期与地球自转周期相同，使得卫星相对于地面上的观测站位置基本保持不变，适合用于提供持续性覆盖的导航服务。
而近地轨道和中地轨道则更适合用于高精度导航和定位。
导航卫星星座是由多颗导航卫星组成的天体系统，通过相互配合，为导航系统提供信号覆盖和导航引导。
常见的导航卫星星座有全球定位系统（GPS）、伽利略导航系统和中国北斗导航系统等。
星座的数量和分布对于导航系统的性能和覆盖范围有着重要影响。
在星座的设计中，需要考虑到卫星数量、轨道倾角、升交点经度以及高度角等参数的优化配置，以实现最佳的导航信号接收条件。
导航卫星轨道和星座的研究主要包括轨道动力学分析、星座设计和星座测试等方面。
轨道动力学分析涉及到卫星在空间中的运动规律、轨道根数计算和轨道预测等问题。
星座设计需要考虑到导航系统的覆盖范围、信号强度和导航精度等要求，同时还要权衡卫星数量和成本等因素。
而星座测试则需要通过实验和模拟来验证设计的有效性和可行性。
导航卫星轨道和星座的研究对于导航工程技术的发展具有重要意义。
首先，合理设计的导航卫星轨道和星座可以提供更准确和可靠的导航服务，满足用户的不同需求。
其次，对轨道和星座的研究可以促进导航系统的创新和改进，提高导航精度和可用性。
最后，导航卫星轨道和星座的研究还与航天技术密切相关，推动了航天领域的发展和进步。
综上所述，导航工程技术中的导航卫星轨道与星座研究是一项重要的课题。
导航星座定位方法研究及仿真计算的开题报告一、选题背景及研究意义：导航技术的发展与应用已经深入到了我们生活的方方面面，为道路交通、船舶航行、航空飞行等众多领域的安全和顺利运转提供了可靠的保障。
其中，在导航系统中，利用卫星进行星座定位是一种非常常见和实用的方法。
但是，在某些情况下，由于卫星信号无法直接接收或者受天气等因素影响，无法实现良好的星座定位效果。
此时，采用导航星座定位方法，即通过观测其他天体如恒星、行星、月亮等进行定位，就成为了一种备选方案。
而在进行导航星座定位方法时，常用的就是天文学家们研究出来的星座定位方法。
本文选题旨在探究导航星座定位方法的原理、应用及仿真计算。
研究过程将综合运用天文学、地球物理学和计算机科学等多个学科的知识和理论，掌握导航星座定位方法的实现流程，并借助计算机的模拟手段对其进行仿真计算。
此项研究对于提高导航系统的可靠性和精度，保障交通航行和航空飞行的安全，具有重要的现实意义和应用价值。
二、研究内容及主要方法：本文主要研究导航星座定位方法，研究内容包括导航星座定位原理、方法、应用以及仿真计算。
具体分为以下几个方面：1、导航星座定位原理研究：对于导航星座定位的理论基础进行深入研究。
包括星座定位的基本原理、各种天体的测量方法，以及天文观测工具和技术等。
2、导航星座定位方法研究：针对星座定位方法的应用，在导航星座定位的过程中，如何从多个定位点的方位角和高度角测量结果，算出自身在地球上的位置和方向信息，进行分析和研究。
3、导航星座定位应用研究：在实际应用中，导航星座定位研究有着广泛的应用，在航空、船舶、潜水、极地和高海拔等复杂环境下，可以提供准确、实用、可靠的定位信息。
本研究将就该应用进行深入的探讨和研究。
4、导航星座定位仿真计算：根据研究的原理、方法和应用等，利用计算机程序进行导航星座定位的仿真计算，验证研究结果的正确性并对结果进行分析。
主要研究方法为文献资料搜集、理论分析、算法设计、计算机编程、仿真运算等。
利用中高轨通信卫星支持低轨卫星数据中继的应用研究作者：李靖来源：《中国信息化》2022年第01期随着低轨卫星（LEO）星座系统在卫星互联网、卫星物联网、遥感观测等行业的应用逐步扩大，解决其高效、便捷的数据中继传输的问题将变得突出。
采用中高轨卫星的天基中继服务方式是对地基数据中继服务的一种有效补充方式，本文介绍了现有天基数据中继服务的若干手段和发展方向，提出了利用中高轨通信卫星来解决低轨卫星数据中继的若干设想和需要解决的关键问题。
LEO卫星系统在卫星互联网、卫星物联网、遥感观测信息采集等商业应用中具有广阔的发展前景。
然而，由于低轨卫星的轨道较低、覆盖区较小的特征，也会带来诸多的问题。
例如，对于低轨通信卫星，会带来全球信关站布站困难、星间链路规划复杂、路径规划时延较长、网络阻塞率增加和系统抗毁能力变弱等问题。
对于遥感、测绘、气象等方面应用的低轨卫星，也需要在有地面馈电链路连接的时段，才能将数据回传地面，对海量的数据采集需求和更高的实时性需求，也逐渐力不从心。
为了解决上述问题，可以使用天基数据中继平台，为LEO卫星提供远程数据通道，减少星上存储压力。
目前天基数传业务主要采用专用中继卫星完成，一般采用较简单的通信协议，使用任务规划或简单轮询等方式来实现航天器与中继卫星的链路对接。
上述方式难以为未来海量的低轨星座系统提供便捷的卫星接入服务。
随着高通量卫星等大容量通信卫星系统的建立，卫星通信能力得到了成百倍的提升，利用中高軌通信卫星作为低轨卫星的数据中继支撑成为可能。
但为了支持低轨卫星的数据接入，还需要开展诸如小型化终端、卫星网络管控等问题开展研究。
现有的国外天基数据中继系统，仍然以跟踪与数据中继卫星系统（TDRSS）为主力军。
包括美国的以S、Ku＼KA频段链路为主用链路的TDRS系统，以及具备光通信链路的后续发展型；欧洲的以Ka频段和激光通信链路为主用链路的ESA中继卫星系统。
上述系统都使用专用天基数据中继频段，采用专用数传中继链路实现低轨航天器的数据中继。
第28卷第5期电子与信息学报V ol.28No.5 2006年5月 Journal of Electronics & Information Technology May 2006适用于我国的中轨TDRSS星座方案研究吴廷勇朱立东吴诗其(电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室成都 610054)摘要基于中轨跟踪与数据中继卫星系统(MEO-TDRSS)星座方案的功能和业务特性，对4种常见星座实现的我国中轨TDRSS的覆盖特性和星际链路性能进行了仿真分析和比较。
仿真结果表明，我国的中轨TDRSS宜采用具备卫星全球均匀分布特性的玫瑰星座和共地面轨迹星座。
关键词星座，中轨，跟踪与数据中继卫星系统，星际链路中图分类号: TN927 文献标识码: A 文章编号：1009-5896(2006)05-0865-06The Satellite Constellation Scheme Study for MEO-TDRSS of ChinaWu Ting-yong Zhu Li-dong Wu Shi-qi(The National Key Lab. of Communication, UEST of China, Chengdu 610054, China)Abstract Based on the functionality and traffic characteristics of the Medium Earth Orbit Tracking and Data Relay Satellite System(MEO-TDRSS), the coverage properties and Inter-Satellite Link(ISL) performances of four familiar satellite constellation schemes which are adopted as the MEO-TDRSS of China are simulated and compared. The simulation results indicate that Rosette and Common-track constellations, whose satellites are distributed in the celestial sphere uniformly, are appropriate for MEO-TDRSS of China.Key words Satellite constellation, MEO, TDRSS, ISL1 引言跟踪与数据中继卫星系统(Tracking and Data Relay Satellite System，TDRSS)是用于转发地面站对低轨道航天器的跟踪/遥测信息和将航天器获取的数据实时中继传输回境内地面站的专用卫星系统，广泛应用于国防和航天通信领域。
目前，国际上的TDRSS大都采用静止轨道(GEO)卫星，如美国的跟踪与数据中继卫星系统TDRSS[1,2]和俄罗斯的卫星数据与中继网络SDRN(Satellite Data and Relay Network)[3]，利用3颗或更多的GEO卫星实现对全球低空空域的准连续覆盖。
由于GEO轨位获取的限制(我国很难获得位于西半球的静止卫星轨位)，如果我国也采用GEO卫星构建TDRSS，该系统将无法连续覆盖全球低空空域，在西半球存在覆盖盲区。
如果采用具有星际链路的中轨圆轨道卫星星座来实现我国的中轨TDRS系统，则可以避免采用GEO卫星系统时的轨位限制，能够实现对全球低空空域的实时连续覆盖，是符合我国国情的、可行的系统方案。
由于中轨TDRSS的用户是分布于全球低空空域的各种航天器，因此系统必须拥有连续覆盖全球低空空域的能力；再者，根据TDRSS的结构和功能特性，可知其业务量分布具备如下特征：低轨航天器到中轨中继星的用户星际链路的2004-09-23收到，2005-03-15改回国家自然科学基金(60372013资助课题数据量相对较小，数据传输速率较低；每颗中轨中继星要服务若干用户，因此中继星之间的中轨中继星际链路必须具有较大的容量，支持较高的数据传输速率；所有的中继数据经由1或2颗中轨中继卫星下传到境内地面站，因此中轨中继卫星到地面站的下行链路必须具有非常高的数据传输速率。
为了支持中继数据对地的高速传输，系统应当具有对我国的良好覆盖特性。
综上可知，我国中轨TDRSS的覆盖特性包含对全球低空空域的覆盖特性和对我国的区域地面覆盖特性。
另外，对于具备系统内星际链路的星座系统，星际链路实现的难易程度直接关系到系统的可实现性，也是在研究系统星座方案时必须考虑的问题。
目前，常见的非静止轨道卫星星座的主要类型有玫瑰(Rosette)星座、优化极轨道星座、赤道轨道星座和共地面轨迹星座等4种。
这些星座在覆盖特性和星际链路特性都存在一定的差别，因此，我国的中轨TDRSS应当采用何种形式的星座才能获得最佳的性能，是非常值得研究的问题。
本文对上述4种星座在实现我国中轨TDRSS时的覆盖特性和星际链路特性进行了分析和比较，根据仿真分析的结果确定了适合于我国的TDRSS采用的星座类型。
本文第2 节简介了4种类型星座的特点，给出4个用于性能仿真比较的中轨TDRSS星座方案实例；第3节是4种中轨中继星座的覆盖特性和星际链路特性的仿真分析和比较；第4节是结束语。
866 电子与信息学报第28卷2 卫星星座类型和实例2.1 卫星星座类型简介玫瑰(Rosette)星座和优化极轨道星座主要用于设计全球性覆盖的星座，而赤道轨道星座和共地面轨迹星座则主要用于设计区域性覆盖的星座。
玫瑰星座最早由Ballard提出并命名，是一种倾斜圆轨道星座，主要用于设计全球性覆盖的星座系统，其设计性能与Walker星座相当[4]。
玫瑰星座中，各轨道面相对于某一参考平面有相同的轨道倾角，各轨道面具有相同的轨道高度和卫星数量，各轨道的右旋升节点在参考平面内均匀分布，卫星的初始幅角与轨道面的右旋升节点成一定的比例关系。
玫瑰星座的卫星在轨道空域面内具有较均匀的分布特性，能够提供较平均的对地覆盖特性，利于实现全球覆盖。
玫瑰星座也可用于设计区域覆盖星座系统，但其性能通常不是最佳的。
优化极轨道(简称为极轨道)星座一般用于实现全球或者极冠地区的覆盖[5,6]。
优化极轨道星座设计时采用覆盖带组合的方法，对赤道区域能够保持连续覆盖，而在高纬度地区和极地地区能够提供多重覆盖。
由于高纬度地区和极地地区的通信业务需求相对较少，系统资源在这部分区域得不到充分利用。
赤道轨道星座的卫星在赤道平面内均匀分布，能够实现对中低纬度地区的连续覆盖，但不能提供对高纬度地区和极冠地区的覆盖。
由于所有卫星处于同一轨道面内，因此系统的管理相对简单。
共地面轨迹(common track)星座是一类特殊的星座，通常用于实现区域覆盖。
星座采用多个轨道面、每个轨道面内一颗卫星的结构，利用地球的自转特性和合理设计的轨道面升节点差以及不同轨道面内卫星间的相位差，使得多颗卫星具有相同的地面轨迹，因而称为共地面轨迹星座[7-9]。
一般情况下，为维持地面轨迹的不变性，共地面轨迹星座通常采用回归轨道，利用良好的地面轨迹重复特性，实现对特定区域的连续覆盖。
2.2 星座方案实例玫瑰星座、极轨道星座、赤道轨道星座和共地面轨迹星座从理论上均可用于实现我国的中轨TDRSS，但由于各星座中卫星的分布和运行规律上存在差异，将导致不同星座类型的中轨TDRSS在性能上有一定的差别。
表1和表2中给出了用于我国TDRSS的4种中轨星座方案的参数。
4种星座方案都选用了6颗中轨卫星，采用高度13892km 的回归轨道，在一天内围绕地球旋转3圈，所有星座均具备良好的周期重复特性。
玫瑰星座的参数参照文献[4]中的最优6星玫瑰星座的参数，该组参数保证卫星在天球上具有最均匀的分布特性；极轨道星座的参数参照文献[5,6]中的最优6星极轨道星座的参数；共地面轨迹星座的参数参照文献[7]中的星座参数，该星座对我国及周边地区具有良好的统计覆盖特性。
3 星座方案的性能仿真分析星座的覆盖特性是衡量系统总体性能的一个重要的指标，对我国的中轨中继卫星星座，如前所述，系统应对全球低空空域和我国地面区域实现连续覆盖。
另外，中继卫星系表1 玫瑰、极轨道和赤道轨道星座参数星座类型玫瑰星座极轨道星座赤道轨道星座轨道高度(km) 13892 13892 13892 轨道倾角(°) 53.1 90 0 卫星数量(颗) 6 6 6 轨道面数量(个) 6 2 1 轨道面升节点经度差(°) 60 104.49 0相邻轨道面相邻卫星相位差(°) 240 60 0 轨道面内星际链路数量(条/星) 0 2 2 轨道面间星际链路数量(条/星) 2 2 0表2 中轨共地面轨迹星座参数卫星代号轨道高度(km) 轨道倾角(°) 升节点经度(°) 初始辐角(°)卫星1号13892 55 105 0卫星2号13892 55 142 249卫星3号13892 55 179 138卫星4号13892 55 216 27 卫星5号13892 55 253 276卫星6号13892 55 290 165第5期 吴廷勇等：适用于我国的中轨TDRSS 星座方案研究 867 统具备星际链路，因此其数据传输可以不依赖于地面通信网络，形成真正独立的空中传输网络。
但是，由于中轨星座中卫星的轨道高度较高、数量较少，星际链路的实现难易程度如何，又成为影响系统可实现性的重要因素。
本节给出了4个星座方案的覆盖特性和星际链路特性的仿真结果并进行了分析比较。
3.1 星座系统对全球低空空域的覆盖特性中继卫星系统的主要功能是对低空空域内的各种航天器进行天基测控和提供数据中继链路。
由于我国的低轨航天器可以位于全球低空空域面上的任何位置，因此中继星座系统对低空空域的覆盖特性实际上包括两个方面：(1)中继星座应具备连续覆盖全球低空空域的能力；(2)中继星座应对整个低空空域有较平均的覆盖性能，以保证低空航天器在任何位置都能够获得几乎相同的服务性能。
星座对全球低空空域的连续覆盖能力可以通过对空域的统计覆盖率来表征，对全球低空空域覆盖的均匀性采用低空空域的纬度平均接入距离特性和平均接入距离的分布特性来进行表征。
我们将低空空域面上的点与星座中距离最近的卫星之间的距离称为该点对星座的瞬时接入距离；将低空空域面上某一点在一个恒星日内对星座的瞬时接入距离的时间平均称为该点的平均接入距离；将某一纬度上所有点的平均接入距离的统计平均称为纬度平均接入距离；将空域面上所有点的平均接入距离的统计平均称为全球平均接入距离。
