异构预警卫星星座设计与分析
薛梦轩-卫星结构设计与分析(上)
卫星结构设计
指在设计中结构和机构都必须始终遵循的基本原则，若不满足，可能会危及卫星任务的完成。
由运载火箭、卫星系统和星上其他分系统通过卫星系统下达的设计指标或要求。
结构材料时形成卫星结构和机构的基础。卫星结构与机构的性能 ，特别是卫星结构的性能在很大程度上取决于材料的性能。
卫星结构材料
对卫星结构材料的性能要求是多种多样的，以下仅说明较基本的、带普遍的材料性能要求，而更详细的或较特殊的要求，需要结合具体的结构或机构设计要求来规定。1 低密度要求；2 机械性能要求；3 物理性能要求；4 材料真空出气要求；5 制造工艺性能要求。
设备安装平台或壁板
夹层架构，挤压、机加或成形的梁
往往把部件装在刚度较大的轻型夹层壁板上
电缆支架和电接插件板
钣金件或冲压件
钣金件比机加件省钱，除非机加可以大大减少零件数目
卫星结构设计
在选择结构类型时，同时也应考虑结构部件间的连接方式。结构部件的链接主要采用机械紧固、焊接和胶接在选择时，要考虑到：
发动机不稳定燃烧、气动噪声和抖振、PO-GO现象、控制系统不稳定
级间动作
分离、级间点火
轨道运行
在轨动作
控制系统不稳定
返回
再入大气
启动噪声和抖振、气动稳定性
结构静载荷分析：简单的静载荷可以直接用材料力学、结构力学等解析方法求部件在和。复杂的可用数值法进行内力分析。
结构动载荷分析：各飞行阶段卫星结构动力分析包括：1 发射阶段卫星/火箭联合动力分析；2 在轨运行阶段卫星本体动力分析；3 返回阶段返回舱动力分析。
星座卫星通信网安全预警机制研究
安全管理人员 ， 实施有效 的控制 ， 完成安全预警。
为 了对整个 星座卫星通信 网进行安 全预警管 理 ， 可 以考虑采用 两级制 的安全预警结构 。即信关站监控
ｎｓ ，ｔ ｅｇ ｎ ｒ ｔｕ ｔ ｒ ｂ ｕ ｅ ｕ ｔ ｒ ｃ ｎ ｓ ｗａ ｒｓｎ ｅ Ａｔｌｓ， ｈ ｓｐ ｐ ｒｄ ｓｕｓ ｄ ｔ ｅ ｉ ｍ ｈ ｅ ｅａ ｓ ｃｕ ｅａ ｏ ｔｓ ｃ ｒｙ ｗａｎ ｍｅ ｈａｉｍ ｓｐ ｅｅ ｔｄ． ａｔ ｔ ｉ ａ ｅ ｉｃ ｓｅ ｈｅｋ ｙ ｌ ｒ ｉ
Ｓ ｎ ｄ ｔｃｉｎ ｊ ｅｅ ｔ ｏ ｏ
１ 引 言
星座卫星通信作为卫星移动通信 的一种主要方式 ，
安全预警机制体现 了主动防御的思想 ， 事前预警取 代了事后 响应。 安全预警机制能够实时评估星座卫星通
信网安全状况 ， 在适 当情况下迅速发出威胁预警并进行 防御操作 （ 如隔离受攻击的覆盖区域 ）安全管理人员根 ， 据预警信息对攻击造成的危 害进行消除， 并对 星座卫星
Ａｂ ｔ ａ ｔ ｎ ｏ ｄ ｒｔ ｅｌ ｔ ｈｅｔ ｒ ａ ｏ ｆｏ ｔ ｇ ｔ ｏ ｓｅｌｔ ｎ ｌｓｔｌｔ ｏ ｓｒ ｃ：Ｉ ｒ ｅ ｏ ｄ ａ ｈ ｔ ｈ ｅ ｔｃ ｎｒ ｎ ｉ ｗｉ ｎ ｈｅｃ ｎ ｔｌ ｉ ａ ａｅ ｉ ｃ ｍｍ ｕ ｃ ｔ ｎ ｎ ｔ ｒ ， ａｏ ｌｅ ｎｉａｉ ｅｗｏ ｋ ｏ
星通 信 网安 全 预 警机 制 的关键 技 术进 行 了讨论 。
关键词 ： 星座卫 星通信 ； 射频指纹识别； 安全预警 ； 入侵检 测
Ｓｅ ｕ ｉ ａ ｎ Ｍｅ ｈ ｎ ｓ ｆ ｒ ｎ ｔ ｌ ｔ ｎ ｌ ｔ ｌ ｅ ｃ ｒ ｙ Ｗ ｒ ｃ ａ ｉｍ ｏ ｔ ＣＯ ｓ ｅ ｌ ｉ ａ ｅ ｌ ａ Ｏ Ｓａ ｉ ｔ Ｃｏ ｍｕ ｉａ ｉｎ Ｓ ｓｅ ｍ ｎｃ ｔ ｙ ｔ ｍ ｏ
冰眼星座建设与应用发展分析
冰眼星座建设与应用发展分析文|龚丽 张瑾 邢月亭中国航天系统科学与工程研究院图2 冰眼星座获取的欧洲最大海港（左）和直布罗陀海峡广域（右）图像四、持续改进卫星成像能力为不断提高星座可靠性与观测能力，最终建成具备实时连续监测、高分辨率和快速重访优势的商业卫星星座，冰眼公司除保持每年发射4～8颗卫星的星座建设速度外，还在继续试验改进SAR成像模式，并成功实现了扩展驻留成像、每日相干地面跟踪重复（GTR）成像和Dwell新成像，提高了卫星星座分辨率、缩短了重访周期，并实现了长时间成像[1,10-12]。
1.持续发展成像模式1）冰眼公司通过为SAR处理器增加采用快速因子分解后向投影算法的核心聚焦模块，来实现扩展驻留成像，以解决卫星存储器大小和缓冲器填充率限制卫星成像数据采集的问题，缩短卫星聚束图像采集的相干积分周期，提高分辨率。
在此基础上，冰眼公司相继试验成功获取振幅多视图像、彩色多视图像以及最终的SAR视频。
2）冰眼卫星采用铟离子电推进，通过近1年的试验，实现了将单星的轨道漂移控制在500m/天；同时为达到最佳相干变化检测（CCD）性能，采用优选3天或更少的重访率，解决了地球扁率轨道摄动带来的成像不连贯问题，实现了每24h从完全相同的轨道位置对地球上的相同位置进行成像，达到每日相干地面跟踪重复成像的目的。
3）冰眼公司于2023年5月推出一种名为Dwell的新成像模式，可区分人造物体（如车辆和建筑物）和自然背景（如树冠和植被），并突出显示移动的车辆。
Dwell产品由高保真SAR图像、彩色子孔径图像和视频3个组件构成。
其中，高保真SAR图像可显著减少高分辨率SAR图像的散斑现象；彩色子孔径图像可优先区分人造物体，使分析人员能够在自然背景中快速找到目标物体和特征；视频由多个子图像构建，可在25s的图像采集过程中确定车辆航向和速度，提供有关活动和行为模式的额外背景信息。
与传统高分辨率ICEYESpot图像的10s持续采集时间相比，Dwell图像产品具备更长的持续采集时间，使ICEYE能捕获更多关于成像目标的实时新信息，同时提高了传统SAR图像的保真度。
GNSS遥感探测卫星星座设计
0254-6124/2021 /41 (3)-475-08Chin. J. Space Sci.空间科学学报W A N G Jueycio, F U Yang, BAI Weihua, W E I Shilong, G U O Bibo, Y A N Feng, XIE Chengqing. Design of G N S S remote sensing satellite constellation (in Chinese). Chin. J. Space Sci., 2021, 41(3): 475-482. DOI:10.11728/cjss2021.03.475G N S S遥感探测卫星星座设计+王珏瑶1符养2白伟华3魏世隆1郭碧波1闫峰1谢成清11(深圳航天东方红卫星有限公司深圳518057)2(北京应用气象研究所北京100029)3(中国科学院国家空间科学中心北京100190)摘要随着全球导航卫星系统（Global Navigation Satellite System, GNSS)掩星大气探测技术的兴起，GNSS 遥感探测数据在气象数据资源中逐步占据重要地位，但是目前的掩星探测数量远不能满足数值天气预报等应用的 需求，未来更需要充分利用GNSS信号资源，开展更大规模的GNSS掩星卫星星座探测.本文以世界气象组织发 布的大气海洋数据需求为参考，提出新一代GNSS遥感探测星座任务需求与设计约束.在理想大气模型假设下，利用几何解析方法研究了探测卫星星座构型参数对探测性能的影响，并建立了新一代GNSS遥感探测卫星星座设计 基本准则.以风云卫星为子星座，给出了星座规模同为40颗的三种GNSS遥感探测微纳卫星星座设计方案.研究 结果表明，具备该规模的探测星座可满足数值天气预报等气象应用的最低数据需求，三种构型方案中.由高、中、低倾角三组Walker•子星座与风云卫星子星座组建的GNSS遥感探测星座探测性能最优.关键词卫星星座，GNSS，无线电遥感，气象探测，微纳卫星中图分类号V 474D esign of G N S S R e m o te S ensingS a te llite C o n ste lla tio nWANG Jueyao1FU Yang2BAI Weihua3WEI Shilong1GUO Bibo1YAN Feng1XIE Chengqing1l(Shenzhen Aerospace Dongfanghong Satellite Ltd,., Shenzhen518057)2(Beijing Institute of Applied Meteorology, Beijing100029)^(National Space Science Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing100190)A b s t r a c t G l o b a l N a v i g a t i o n Satellite S y s t e m (G N S S) r e m o t e sensing c a n p rovide irreplaceable atm o s p h e r i c s o u n d i n g d a t a b a s e d o n its s o u n d i n g technology. B u t the research o n satellite constellation design for G N S S r e m o t e sensing is relatively b a c k w a r d.In-orbit resources h a v e no t b e e n fully utilized, **国家自然科学基金项目资助（41405039, 11802073)2019-12-18收到原稿，2020-10-12收到修定稿E-mail: 188****************476Chin. J. Space Sci.空间科学学报2〇21, 41(3)and the design of sounding satellite constellation lacks systematic and theoretical support. Under the assumption of ideal atmosphere model, the effect of configuration parameters of sounding constellation on sounding performance is studied by geometric analysis method. With 200km x200kmx6h as the reference scale, the design criteria for the new generation of GNSS remote sensing sounding satellite constellation are established. Four of FY-3 satellites are combined to make GNSS remote sensing satellite constellation optimization design results under three kinds of constellation configurations. The results show that the design criteria are feasible and instructive. In combination with the FY-3 satellites, three Walker sub-constellations with inclination of 68°, 60° and 24° have the best performance.K e y w o r d s Satellite constellation, Radio remote sensing, GNSS, Meteorological sounding,Micro-Nano satellite〇引言近20年来，全球导航卫星系统（G l o b a l N a v ig a t i o n S a t e l l i t e S y s t e m，G N S S) 气象学已成为地球 遥感领域的热门学科之一.G N S S大气海洋遥感技 术从试验阶段逐步向业务化应用转化，在数值天气 预报、热带台风预警、气候研究等领域取得了显著 进展.欧洲中期数值预报中心评估认为，G N S S掩 星大气探测获取的大气参数廓线资料是降低全球数 值天气预报误差的最佳数据源之一 各国正逐步脱离单星或多星技术测试系统，进一步研发具备 业务功能的大规模星座探测系统.目前，在轨运营 的G N S S遥感探测卫星星座均由美国政府部门主导 研发，包括美国国家海洋和大气管理局与中国台湾地 区共同建设的C O S M I C-2星座，S p i r e公司研制的立 方星气象星座，美国航空航天局的全球导航卫星台风 监测星座C Y G N S S等卜51.此外，中国近年发射 的风云三号气象卫星（C/D星）和欧洲的M e t O p卫 星（A/B/C星）上也搭载了 G N S S遥感载荷，可获取 有限的大气海洋探测数据[6_81.与传统光学遥感载 荷相比.G N S S遥感探测载荷具有体积小、重量轻、功耗低等特点，适合微纳卫星平台搭载.基于微纳卫 星组建的大规模G N S S遥感探测星座具有极高的投 入产出比和高弹性优势，S p i r e公司近5年来先后设 计、制造并发射了 84颗G N S S遥感探测卫星，探 测载荷已实现对G P S,G L O N A S S,G a l i l e o和Q Z S S 等G N S S的信号兼容接收，并计划发展由数以百计 微纳卫星组成的G N S S大气海洋遥感星座，实现每 日对全球任意地点的近百次全天候全天时G N S S遥感探测[41.星座设计是一项基于任务需求与约束，通过分析 对比方案性能迭代寻优的设计过程.源于GNSS遥感 探测具有典型的随机特性，难以通过解析方法精准预 估此类星座的探测性能.现有G N SS大气掩星探测 星座设计研究多采用枚举法，逐一仿真分析星座参 数对星座探测性能的影响，并通过大量数值仿真进 行星座参数的迭代寻优m21，星座设计效率低，不 利于实现大规模星座设计.试验型的COSM IC星座 将6颗轨道倾角为72°的卫星以30°间隔均分在6 个轨道面上，探测资料纬度方向均匀性不理想；业务 型COSMIC-2星座仅包含6颗卫星，轨道倾角为24°，中高纬地区无覆盖.欧洲的M etO p和中国风云三号 卫星是在传统气象卫星上搭载GNSS遥感探测载荷，卫星数量少，探测的覆盖性和效能受到约束.关于如何高效设计满足气象海洋预报业务需求的GNSS 海面反射（简称海反）探测星座的研究较少.本文从 世界气象组织（World Meteorological Organization, W M O)推荐的大气海洋参数探测需求出发，以数值 天气（海洋）预报为应用背景，研究进一步提升探测 效能的G N SS遥感卫星星座最优设计方案，为未来 发展业务化GNSS遥感星座提供技术参考.1GNSS遥感探测星座特点与任务需求穿过地球大气的GNSS无线电信号在传播过程 中由于大气介质的干预使得信号的相位和振幅发生 变化，是GNSS 卫星测量的误差源之一.相对于解决王珏瑤等：G N SS遥感探測卫星星座设计477如何在空间测量技术中消除这些误差的正演问 题研究，G N S S遥感是通过在低轨道（L o w E a r t h O rb i t,L E O)上运行的探测载荷高频接收 G N S S无线电 信号，再利用这些含有误差的信号求解大气海洋环境 参数的反演问题研究.G N S S卫星提供探测信号源. L E O卫星接收G N S S信号执行探测，主要以掩星探 测和海反探测两种方式为主，如图1中红色和橙色 线所示.当G N S S卫星相对L E O卫星从地表升起或下沉 时，即发生掩星事件.基T-掩星事件的临边观测特性. 星载接收机可以高频采集自地表以上高度内包含大 气介质诱因的G N S S无线电信号数据，通过多频对 比或与所接收的其他G N S S卫星无线电信号数据对 比，可以反演出地表以上高度内的干湿气压、温度、电子密度等地球大气剖面数据.类似地.当G N S S卫 星与L E O卫星和地表（海面）构成反射几何关系时.即发生海反事件.星载接收机高频采集经海面反射 的G N S S信号，通过与来自其他G N S S卫星的直射 信号数据对比，可以反演出海面高度、海面风场、海 水盐度等海洋数据.图1G N S S遥感探测Fig. 1Position relationship between the G N S S-L E Osatellites and the Earth基于掩星几何关系、反射几何关系的G N S S遥感探测应用与常规遥感卫星应用存在巨大差异，探测事件的发生具有随机性和离散性，测点位置与瞬时G N S S卫星、L E O卫星、地球三者位姿紧密相关，测点地表投影大致随L E O卫星星下点轨迹分布.这里从密切贴合气象应用需求的角度出发，基于W M O发布的大气海洋数据需求（见表1)[131,提出满足大气海洋数据需求基础值的G N S S遥感探测星座任务需求实现6h内全球测点投影间距200k m分布.同时，提出对G N S S遥感资源最大化利用的理念，建立以下G N S S遥感探测星座设计约束.⑴充分利用中国G N S S遥感探测资源，将拟于2〇2〇年后入轨的4颗风云三号（E/F/G/R星)系列卫星作为探测星座的子星座完成星座设计.(2) 选取北斗三号卫星标称星座和g p s,G l on a s s及 G a l i l e o目前在轨卫星 （总计 m 颗）作为G N S S遥感主信源M l.分析中国境内及周边区域内探测性能时，考虑将I R N S S和Q Z S S目前在轨的11颗卫星作为补充信源.(3) 将G N S S掩星遥感探测作为主遥感方式.参考C O S M I C系列卫星和风云卫星载荷参数,预设星载G N S S掩星接收天线安装分装在探测卫星运行前后双向，水平视场范围为±40°;原始探测数据反演成功率约为70%丨3,61.2 GNSS遥感探测星座设计准则由G N S S掩星遥感探测原理可知，在理想的洋葱型大气模型假设下.基于星地-星临边几何关系的掩星遥感探测问题可近似转化为仅与L E O卫星轨道相关的星地遥感探测问题[151.单轨道周期内，虚拟星地遥感观测域呈现带状覆盖特性.利用几何关系可G N S S9 satellite B表i部分大气海洋数据需求T a b le 1 S e c tio n a l a tm o s p h e ric a n d o c e a n ic d a t a r e q u ire m e n ts参数名称应用领域水平间距需求/k m观测周期需求/h数据范围最理想最适度最低最理想最适度最低大气温度数值预报501005001624全球对流层温度短期预报10252000.516全球近地表气压数值预报15502500.516全球水蒸气数值预报155********全球水平风场海洋应用10502001324全球Orbit altitude/km图2全球GN S S遥感探测卫星轨道倾角极值变化曲线Fig. 2 Inclination curve for global GN S Sremote sensingwith different orbit altitudes50°, 80°时不同轨道咼度LE O卫星相邻轨交点经度差，两条黑色虚线标识虚拟星地遥感观测条带边界与 星下点地心角极值.理想假定下，当L E O卫星轨道高度接近600km时，任选卫星轨道倾角可实现相邻轨圈无缝覆盖;当LE O卫星轨道高度达到750 km或以上时，任选卫星轨道倾角均可严格实现相邻轨圈无 缝覆盖.基于该虚拟星地遥感模型和GN S S遥感探测星座任务需求与设计约束，提出G N S S遥感探测星座 设计基本准则如下.准则1为实现200km x200km x6h 的时空分辨率，理论上地表可分为12 780个网格，则单位时间 内可实现全球探测的星座所含卫星数量计算式为A ^le o> ceil(12 780 - OJ^fy)^O .T S 'l e o⑷式中，c e i l 为向上取整函数，f c 为覆盖重数，S F Y 为单 位时间内风云卫星总探测量，5L E O 为单位时间内单推导G N S S遥感探测覆盖边界与星下点间地心夹角 算式如下：<A (-f ^L E 〇) = 4a r c t a n | c o s a r c t a n(c o s 0(F)t a n (<5A n t H /2)) ]tan0(F)}.⑴式中，<5A n t H 为星载掩星接收天线水平视场，为随L E O卫星轨道高度//变化的虚拟星地遥感观测条带边界与星下点间地心角函数.G N S S掩星遥感探测纬度覆盖范围主要由L E O卫星轨道倾角、轨道 髙度和天线视场决定.当0分别取最大、最小值时，可以实现全纬度覆盖的GN S S遥感星座内LE O卫星轨道倾角阀值如图2所示.轨道倾角极值随天线 7JC 平视场的扩大而降低,轨道倾角极值随轨道高度的 增高而降低.利用轨道交点周期，其计算式为式中，a 为轨道半长轴./为轨道倾角，/x 为地心引力 常数，凡为地球半径，J 2为地球非球形摄动因子,可 以得到卫星相邻轨圈地理经度差为Aip = T N (w e — /?), (3)式中，％为地球自转角速度为轨道升交点赤经漂 移速率.由式（3)可计算不同轨道高度LE O卫星相邻轨地理经度差与虚拟星-地遥感观测域间的关系，如 图3所示.图3中红绿蓝线分别标识轨道倾角为20°，32478Chin. J. Space S c i .空间科学学报 2〇21, 41(3)Extremum value Orbit inclination2〇 I -----------1-----------1-----------1-----------1-----------5006007008009001000Orbit altitude / km(0)/U O !1C O .S P U J I B .t ;q J O l >P B J M O J J <u Qi345678912o o o o oo o ----1100()(90()()8)()7)()007654321098765 457777777766666^(o )/u.2J B U I o u l e 3llqJO3P S S 0J O.8643 2 2 2()/3J c t l u c «3I J l u 3o 03o图3卫星星下点轨迹地理经度差与覆盖范围对比Fig. 3Contrast between the ground tracks gap and the detection range王J 玉瑶等：G N SS 遥感探測卫星星座设计479颗L E O探测卫星探测量的均值.准则2为提高掩星品质，探测星座内卫星轨道应选用圆形112'15]，且以顺行轨道为佳.即e = 0,I e [0,90°].(5)准则3为实现全球均匀覆盖，基于图2选择探测星座内卫星轨道倾角.当星座内存在不同轨道倾 角时，为改善不同倾角子星座相对漂移产生的探测性 能浮动性，基于圆轨道卫星升交点赤经漂移率亡算 式，推导出构建相同升交点赤经漂移速率所需轨道倾 角/与轨道高度丑匹配值的计算式为a = H Re^/.Re + H j \3b _ cos/j⑵\ Re Hj ) COS Ij式中：为地球半径；丑为卫星轨道高度；J 为卫星轨道倾角.显然，较高的轨道配置和较低的倾角有利 于缩小升交点赤经漂移速率差.准则4为实现较高投入产出比，可利用探测星座内卫星运行特性实现连续轨圈无缝覆盖.降低星座成本.由图3可知，实现全球覆盖的L E O 卫星相邻 轨圈可覆盖赤道圈经度差约为35°，理论上单颗LE O卫星绕地运行12轨圈可实现全经度覆盖.显然，探 测星座内同倾角、同轨道高度卫星组建的子星座轨 道面数P 不小于6,有助于提高探测覆盖时空均匀 性，即P^ 6.(8)准则5探测星座内卫星轨道高度应基于图3择低选择.一方面.从探测效能考虑，轨道尚度越 低，L E O卫星绕地运行速率越快，单位时间内探测 概率越高；另一方面，从星座成本考虑，轨道髙度越低，LE O卫星寿命末期主动离轨所需的速度增量需求越低，推进代价越小，整星质量越小.3 GNSS 遥感探测星座优化设计方案3.1星座建模3.1.1卫星轨道高度与倾角设计依据准则2和准则5,可初步设定GN S S遥感星座包含600km高度卫星轨道.由式⑴可知，600km高度卫星轨道倾角应不低于24°，实现全球覆盖的卫星倾角最小值约为74°.由式（6)可知，卫星轨道面 漂移速率由轨道倾角、轨道高度共同决定，为减小不 同倾角卫星间碰撞概率，考虑卫星轨道短周期摄动作 用下的瞬根波动规律，依据经验设定不同轨道倾角的卫星间保留l 〇k m 轨道高度差.依据准则3,得到 与600km高度卫星升交点赤经漂移率相等的LE O卫星轨道参数变化曲线，如图4所示.由图4可见，随着与600km高度卫星轨道的轨道高度差增大，同漂移率的卫星轨道倾角差相对 增大，更有利于实现均匀的覆盖性能.初步设定与 600 km高度轨道卫星同升交点漂移率的卫星轨道高度为1400k m，且600km髙度轨道卫星的轨道倾角相对高于1400k m高度轨道卫星的轨道倾角.3.1.2卫星数量与构型设计理论上，运行在太阳同步轨道上的风云卫星可实 现全纬度GN S S遥感探测.经仿真计算,4颗风云卫Orbit inclination with 600 km altitude/()图4升交点赤经漂移率相等的LEO 轨道参数曲线Fig. 4 Inclination curves by different orbit altitude with the same drift rate()/312l .t :J P !L »£B S 3-s -5!M u o l c su l l n u ll l q jo480Chin. J. Space Sci.空间科学学报2021, 41(3)星以北斗、G P S和G alileo卫星为信源，获取中性 层大气掩星探测量总计约1600次/6h;而轨道高度 为600 k m的单颗L E O卫星获取中性层大气掩星探 测量不低于490次/6h.依据准则1,可计算GNSS 遥感星座理论上应至少包含34颗600 k m高度LEO 卫星.依据准则3,当上述LEO卫星选取多个轨道倾 角时，低倾角轨道高度将高于600k m.依据准则5,轨道高度越高，单位时间内获取掩星事件概率越低，需适当增加卫星数量满足探测量需求.综上所述，为 提供一定的冗余度且便于不同构型方案效能比对，本 文设定G N SS遥感星座为包含4颗风云卫星和36 颗L E O卫星的混合星座.依据准则4,将除风云卫星以外的36颗LE O卫 星按轨道倾角分组，组建G N S S遥感探测星座子星 座,子星座内轨道面数为6.分别以同倾角同高度轨 道、双倾角同升交点赤经漂移率轨道和多倾角同高 度轨道为三类约束建立A, B，C三种子星座组网模 型.在上述基础上，分别添加由4颗风云卫星组成的 探测子星座，形成A+, B+，C+三种G N S S遥感探测星座构型方案.3.2星座优化设计依据所提出的设计准则，可快速完成部分探测星 座构型参数的初步选取和设计，星座内卫星星下点轨 迹具备一定的二维全球均布特性.因A+, B+，C+三 种方案内探测卫星数量相同，探测信源一致,卫星运行周期接近，三种方案可获取的遥感探测量差异较 小.在此基础上，G N S S遥感探测星座优化设计归一 化为测点分布均匀度的最优化研究问题.为衡量G N S S遥感探测星座的探测均匀性,以200 k m为间距将全球地表栅格化，生成约12800 个均匀分布的格点.将格点周边掩星测点投影量大 于其平均值的格点占比最大化作为优化目标，建立星 座优化目标函数，即基于该目标函数,迭代得到各方案内子星座模型优化 设计结果（见表2).W a l k e r构型码i V/P/F:i，中 各参数分别对应星座内卫星数量、轨道面数、相位因子、轨道倾角和轨道高度[161.3.3探测性能分析分别将风云卫星子星座与表2中所列出的各子 星座整合，形成G N SS遥感探测星座方案A+，B+ 和C+，统计分析6h内各星座方案探测的性能（见 表3).由表3可知，三种方案6h内获取的掩星探测次 数均高于18000次，约为C O S M I C探测量的24倍; 三种方案均可近似实现200k m x 200k m x6h的时空 覆盖，覆盖率高于75%，是C O S M I C星座500k m x 500k m x24h时空分辨率的25倍;三种方案6h内获表2 G N S S遥感探测星座优化设计结果T a b le 2 R e s u lts o f o p tim iz a tio n d e sig n fo r G N S S re m o tese n sin g s a te llite c o n s te lla tio n方案名称子星座名称子星座构型码A+A36/6/1 ：72°, 600 k mB+B30/6/1:55°, 600 k m; 6/6/4:33°, 1400 k mC+C6/6/4:68°, 610 k m; 24/6/1:60°, 600 k m; 6/6/4:24°, 590 k m表3 G N S S遥感探测性能统计T a b le 3 P e rfo rm a n c e s ta tis tic s o f G N S S re m o te se n sin g s a te llite c o n s te lla tio n s组合方案卫星数量全球掩星大气探测中国周边掩星大气探测全球海域海反探测探测量栅格覆盖率/(%)探测量栅格覆盖率/(%)探测量栅格覆盖率/(%)A+4019 97875.97162883.1035 42392.23 B+4018 80977.61160385.823488490.72 C+4019 56079.88173890.1335 35696.71-150 -90 30 30 90 150Longitude/(。
低轨红外预警星座无源定位精度分析
谢恺 韩裕 生 薛模 根 周 一宇
（． １ 炮兵 学院军用 光电工程教 研室 ， 安徽合 肥 ２０ ３ ； ． ３０ １ ２பைடு நூலகம்国防科技大 学电子科 学与Ｘ 程学院 ， － 湖南长 沙 ４ ０ ７ ） １０ ３
摘
要 ：建立了低轨红外预警星座 的三维成像观测模 型 ，分析了多测量因素条件下低轨红外 预警星座 的无源定 位精 度 ，
关键词 ：预警 ；天基红外 ；观测模型 ； 源定 位 ； 无 精度分析
Ａｎ ｌｓｓ ｏ ｓ ｉｅ Ｌ ｃ ｔ ｎ Ａｃ ｕ ａ ｙ ｉ Ｌ Ｏ ｎ ｒ ｒ ｄ Ｅ ｒ ａｙ ｉ ｆＰａ ｓｖ ｏ ａ ｉ ｃ ｒ ｃ Ｅ Ｉｆａ ｅ ａ ｌ ｏ ｎ ｙ Ｗ ａ ｎｎ ｒ ｉｇ Ｃｏｎ ｔ ｌ ｔ ｎ ｓｅ ｌ ｉ ａｏ
研究了不同星座布局条件下像平面测量误差 、卫 星位 置测 量误差 以及 欧拉角测 量误差 等 因素对定 位精度 的影 响。仿真实验
表 明，本文 的定位精度分析方法能够有 效分析低 轨红外预警星座 的定位精度 。从 仿真 实验结 果得 到了一些 可用 于低轨 红外
预警星座设计和传感器调 度的指导性结 论。
维普资讯
第 ２ ４卷
第 ３期
信 号 处 理
Ｓ ＧＮ Ｒ０Ｃ Ｓ Ｉ Ｉ ＡＬ Ｐ Ｅ Ｓ ＮＧ
Ｖｏ ． ４ Ｎｏ ３ １２ ． ．
２０ ０ ８年 ６月
08-美国预警卫星系统分析-16
1美国预警卫星系统分析摘 要 美国已经装备应用的预警卫星系统主要是国防支援卫星系统(DSP)，正在研制并将替代DSP 的是天基红外系统（SBIRS)。
本文详细介绍并分析了两个系统的基本情况，比较了两个系统的技术性能，给出了计算探测预警概率的模型。
随着世界大国对弹道导弹防御系统研制的不断升温，作为弹道导弹防御系统重要组成部分的预警系统也愈来愈受到人们的关注。
就预警而论，可分为地面预警雷达系统与空间预警卫星系统。
随着弹道导弹技术的发展，预警卫星系统逐渐显露出其优势，目前世界上预警卫星主要集中于美、俄两国，其中美国最为发达。
下面我们把视野放在美国的预警卫星系统范围内来研究。
迄今为止，美国已装备应用的预警卫星系统主要是国防支援卫星系统（DSP ），正在研制并将于2010年左右全面承担导弹预警任务的是天基红外系统（SBIRS)。
下面就针对DSP 、SBIRS 的情况作分析。
l DSP 预警卫星系统如图1所示。
图1 “国防支援计划”卫星1.1 主要任务DSP的主要目的是对来袭的洲际导弹进行预警。
首要任务是实时的探测并报告导弹和航天器的发射，同时还承担监视核爆炸、监督核试验条约的履行情况和收集其感兴趣的红外辐射数据的任务。
1.2 发展过程及技术特点DSP计划自上世纪70年代初开始执行至今已有30余年的历史，已发展了三代并经历了试用阶段、应用阶段和完成阶段的发展历程。
（1）1970～1974年为试用阶段，1975～1978年为试用改进阶段。
在此阶段共发射了7颗卫星，常驻卫星有3颗，称此阶段的卫星为第一代，主要技术特点是：∙红外敏感探测器采用2000个探测元的硫化铅线阵列，结合电荷耦合器件（CCD）技术，其探测波长为2.7μm，光谱带宽约为0.1μm，能提供地平线下的覆盖范围。
∙使用这种接近大气吸收带中心的窄光谱波段进行探测，有效地抑制了地球和大气背景的辐射干扰，从而降低了虚警概率，但由于需要等到导弹穿出约8km 的云层才能对其进行探测，故而减少了预警时间。
小卫星星座批产研制模式设计与实践
Vol. 40, No. 6航 天 器 环 境 工 程第 40 卷第 6 期702SPACECRAFT ENVIRONMENT ENGINEERING2023 年 12 月https:// E-mail: ***************Tel: (010)68116407, 68116408, 68116544小卫星星座批产研制模式设计与实践阎梅芝1，张永强2*，赵志明1，魏建光1，韩 毅1，常新亚1，于兆吉1，果琳丽3，冯振伟1（1. 航天东方红卫星有限公司； 2. 北京跟踪与通信技术研究所； 3. 北京空间机电研究所：北京 100094）摘要：为适应低轨小卫星星座体系化应用需求，设计、实践出一套面向批产的小卫星研制模式。
某批产小卫星星座通过整星仅一次合板即最终状态，产品交付即落焊，裁剪、简化环境试验，投产管路模板实现卫星结构装配与管路焊装并行实施，发射场带翼运输，全无线测试等批产创新策略，构建了小卫星批产体系，实现了年出厂20颗以上500 kg级小卫星的能力，为建设高密度小卫星星座奠定了基础。
批产策略与方法均经实际验证，与传统小卫星研制相比，将批产星总装、集成与测试（AIT）周期由1年以上缩减为3个月以内，将发射场工作周期由35～50天缩减为20天，实现了快速研制、快速发射与快速在轨应用，有效促进了低轨小卫星星座高效规模化部署。
关键词：小卫星星座；批产；研制模式；总装、集成与测试；流程优化中图分类号：V474文献标志码：A文章编号：1673-1379(2023)06-0702-07 DOI: 10.12126/see.2023085Design and practice of small satellite constellationbatch production development modeYAN Meizhi1, ZHANG Yongqiang2*, ZHAO Zhiming1, WEI Jianguang1, HAN Yi1,CHANG Xinya1, YU Zhaoji1, GUO Linli3, FENG Zhenwei1(1. DFH Satellite Co. Ltd.; 2. Beijing Institute of Tracking and Telecommunications Technology;3. Beijing Institute of Space Mechanics & Electricity: Beijing 100094, China)Abstract: In order to meet the need of systematic application of low-Earth-orbit small satellite constellation, a development mode suitable for batch production of small satellites was designed and practiced. Many innovative strategies for batch production were applied, including on boarding for the final state, drop welding before product delivery, tailoring or simplifying environmental tests, implementing satellite structure assembly in parallel with pipeline welding through operation of pipeline templates, wing transport at launch site, and all-wireless test etc. Those measures have enabled the delivery of more than 20 small satellites of 500 kg per year by establishing a small satellite batch production system in China, which lays a good foundation for the construction of intense small satellite constellation thereafter. The strategy and methods for batch production have all been verified in practice. Compared with the traditional small satellite development, the assembly, integration, and test (AIT) cycle of satellite batch production had been reduced from more than one year to less than three months, and the launch site working cycle has been reduced from 35-50 days to 20 days. It has realized rapid development, rapid launch, and rapid in-orbit application to promote the development efficiency and large-scale deployment of low-Earth-orbit small satellite constellation.Keywords: small satellite constellation; batch production; development mode; assembly, integration and test (AIT); process optimization收稿日期：2023-05-31；修回日期：2023-12-07基金项目：国家自然科学基金项目（编号：11773004）引用格式：阎梅芝, 张永强, 赵志明, 等. 小卫星星座批产研制模式设计与实践[J]. 航天器环境工程, 2023, 40(6): 702-708YAN M Z, ZHANG Y Q, ZHAO Z M, et al. Design and practice of small satellite constellation batch production development mode[J]. Spacecraft Environment Engineering, 2023, 40(6): 702-7080 引言近年来，美国太空探索技术公司（SpaceX）推出的星链（Starlink）计划掀起了低轨大规模星座的发展热潮[1]。
卫星组网与星座控制设计、分析、仿真系统研究
场景，并进行运行或控制过程的演示。
的任务单元任务参数的设置，同时，任务单元在完成优化设
２总体方案设计
按照任务规划、设计、分析、演示的总体设计流程，“卫 星组网与星座控制设计、分析、仿真系统”包括任务设定、 优化设计、性能分析和仿真演示４大部分（如图２所示）， 完成卫星组网、位置保持等任务的设计、分析和仿真。用户 根据任务要求选择系统要执行的任务模块，并设定具体任务
储到拓扑构形数据库中。对卫星网拓扑结构特性进行连通
上显示设计、分析和仿真结果，每个显示器输入信号能够单
性、关节点和关链路、构形、聚合度以及通信效率的分析，
独控制。“卫星组网与星座控制设计、分析、仿真系统”的 软件运行环境包括成熟工具软件和自编应用软件两部分，其
根据卫星网拓扑结构分析结果，通过权值均衡进行卫星网拓 扑结构的优化设计［３】。
中成熟工具软件包括ＳＴＫ、ｖｃ＋＋和Ｍａｔｌａｂ，自编应用软件 ３．３星座控制优化设计
包括任务设定、卫星组网优化设计、星座控制优化设计、性 能分析和过程仿真演示等５类软件。
星座的控制包括了日常的位置保持和受损情况下性能 的修复即重构控制，对于星座控制的优化设计主要是从系统
万方数据
·６９２·
第１８卷增刊２ ２００６年８月
系统仿真学报＠
Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｙｓｔｅｍ Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ
Ｖ０１．１８ Ｓｕｐｐｌ．２ Ａｕｇ．，２００６
卫星组网与星座控制设计、分析、仿真系统研究
项军华１，张育林２
（１．国防科技大学航天与材料工程学院，湖南长沙４１００７３；２．清华大学宇航技术研究中心，北京１０００８４）
摘要：设计和开发了卫星组网与星座控制设计、分析、仿真系统。该系统具有卫星组网优化设
低轨大型星座分布式数据接收资源调度方法
低轨大型星座分布式数据接收资源调度方法
任勃;朱志诚;宋建国;袁辉
【期刊名称】《电讯技术》
【年(卷),期】2024(64)6
【摘要】许多监视与早期预警应用通过具备高时效性的对地观测数据实现。
低轨大型星座观测数据接收任务调度的主要挑战是卫星数量大,中心化资源调度冲突消解面临困难。
为此,提出一种新的分布式数据接收资源调度方法。
首先,基于星间与星地链路融合构建卫星与地面设备之间的分布式传输链路,在卫星、设备、链路组成的无向网络图中,计算数据下传任务期间分布式链路的最短路径及其持续时长;其次,针对由每个设备的最短路径时间窗口合并构成的集合,利用Q学习方法求解数据接收完成率的优化问题。
仿真测试结果表明,在典型的数据接收场景下,采用Q学习求解的数据接收完成率优于“先可见先跟踪”的基准资源调度方法,提升接近1%;与仅使用境内地面站的数据接收资源调度相比,数据接收完成率提升超过50%。
【总页数】6页(P887-892)
【作者】任勃;朱志诚;宋建国;袁辉
【作者单位】宇航动力学国家重点实验室;西安卫星测控中心
【正文语种】中文
【中图分类】V19
【相关文献】
1.低轨星座体系结构设计及资源调度算法研究
2.基于A2C算法的低轨星座动态波束资源调度研究
3.低轨星座的跳波束资源调度策略
4.基于遗传算法的低轨星座测控资源调度方案设计
5.低轨星座网络的空天地一体化无线光通信资源调度方法
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卫星星座覆盖性能分析及仿真研究的开题报告
卫星星座覆盖性能分析及仿真研究的开题报告一、选题背景现代卫星通信系统凭借其广覆盖面积、高速传输、稳定可靠等优势，已成为现代通信领域普及应用的先锋，尤其是在远程地区覆盖方面有着得天独厚的优势。
其中，卫星星座是卫星通信系统中的核心组成部分，其星座覆盖范围直接决定了系统服务能力及可靠性。
卫星星座的设计需要考虑很多因素，如地理环境、气象条件和电磁频谱资源等。
因此，对于卫星星座覆盖性能分析及仿真研究的需求也逐渐增大。
通过对卫星星座覆盖性能进行系统建模和仿真分析，可以更加准确地预测星座覆盖效果，为星座设计和优化提供技术支持。
二、研究目的和意义本项目旨在通过对卫星星座覆盖性能的分析及仿真研究，全面深入地了解星座覆盖范围及性能指标，并寻找有效的优化策略，提高卫星通信系统的覆盖范围和通信质量，进一步优化星座设计。
通过本项目研究，可以掌握卫星星座的设计和运行原理，获取卫星通信系统相关技术的前沿知识和实践能力，培养创新思维和团队协作精神，提高通信信息技术应用能力，积极参与相关领域的学术交流，为推动通信技术的发展做出贡献。
三、研究内容和技术路线1.星座覆盖性能分析及指标确定通过对卫星星座的设计、限制条件和运行模型进行详细分析，确定星座的覆盖性能指标，包括星座的覆盖范围、通信质量、传输速率等。
2. 建立星座设计仿真模型基于Matlab等仿真软件，建立基本的星座设计仿真模型，考虑实际情况中的环境因素和干扰因素，如大气层折射、衰减损耗、个别地形和建筑物对信号传输的影响等。
3. 星座仿真分析优化方法根据实际分析结果及建立的仿真模型，对星座覆盖范围和通信质量进行分析，并提出相应的优化方法和方案，如卫星布局、星座数量、透明度等方法。
4. 系统性能测试及结果分析通过实验验证，对比分析所提出的优化方案，比较实际性能及预测性能差异，并进行数学统计与分析，推广和应用星座的优化方案。
四、成果及预期目标本项目拟通过系统、系统性的研究取得以下的预期成果：1. 掌握卫星星座设计的原理和技术，并能利用相关软件进行星座仿真和分析；2. 完成星座覆盖性能建模及仿真分析，对星座数量、透明度、卫星布局等设计因素予以优化；3. 完成卫星星座性能测试及结果分析，并形成合格的研究报告。
低轨巨型星座构型设计及覆盖分析方法
CATALOGUE 目录•低轨巨型星座构型设计•星座覆盖分析方法•数值模拟与仿真•未来发展趋势与挑战•应用场景与案例分析低轨巨型星座的概念构型设计的目标构型设计概述卫星平台的选择根据任务需求和系统要求，选择适合的卫星平台，考虑其性能、可靠性、成本等因素。
卫星有效载荷根据任务需求，配置合理的有效载荷，如通信天线、功率放大器、低噪声放大器、频率源等。
卫星平台设计通信频段和带宽通信协议和调制方式有效载荷设计轨道与部署策略轨道高度的选择部署策略的制定覆盖需求分析030201星间通信与网络拓扑覆盖性能评估覆盖效率评估星座的网络性能，包括网络吞吐量、延迟、丢包率等。
网络性能安全性与隐私保护模拟工具与环境Python卫星通信仿真器MATLAB/Simulink星座构型参数优化卫星轨道高度和倾角优化低地球轨道的高度和倾角，以实现更好的覆盖效果。
卫星布局优化卫星在轨道上的布局，以提高覆盖的连续性和均匀性。
卫星通信链路设计优化卫星之间的通信链路，以确保信息传输的可靠性和实时性。
覆盖性能仿真与验证先进通信技术应用随着5G、物联网等先进通信技术的发展，低轨巨型星座的通信能力将得到极大提升，满足更高要求的应用场景。
卫星平台的升级随着科技的不断进步，卫星平台的性能将得到进一步提升，包括更高的数据处理能力、更强的通信能力等。
新型传感器与设备新型传感器和设备的研发和应用，将增强低轨巨型星座的感知能力，提升其数据处理和分析的准确性。
技术创新与升级频谱管理与干扰协调频谱共享与优化随着低轨巨型星座的发展，频谱资源将越来越紧张，因此需要研究更高效的频谱共享和优化策略，提高频谱利用率。
干扰抑制与协调由于低轨巨型星座的卫星数量众多，相互之间的干扰问题将日益突出，需要研究有效的干扰抑制和协调策略，保证星座的正常运行。
1安全性与防护策略23随着低轨巨型星座的发展，其面临的安全漏洞和威胁也不断增加，需要加强安全防护措施，确保星座的安全稳定运行。
遥感影像信息处理技术的研究进展
遥感影像信息处理技术的研究进展一、本文概述遥感影像信息处理技术是遥感科学领域的核心技术之一，随着遥感技术的快速发展，其在地理信息系统、环境监测、城市规划、灾害预警等多个领域的应用越来越广泛。
遥感影像信息处理技术的主要任务是对获取的遥感影像进行预处理、增强、解译和分类等处理，以提取出有用的信息。
近年来，随着深度学习、人工智能等技术的兴起，遥感影像信息处理技术也取得了显著的进展。
本文旨在全面综述遥感影像信息处理技术的研究进展，包括预处理技术、特征提取技术、分类技术、目标检测技术以及应用领域的最新发展，以期为相关领域的研究者和实践者提供有益的参考和启示。
二、遥感影像信息处理技术概述遥感影像信息处理技术是一种集成了多种学科知识的综合性技术，主要包括计算机科学、数学、物理学、地理学以及环境科学等。
其核心在于从各种遥感平台（如卫星、无人机、高空气球等）获取的遥感影像中提取有用的信息，以满足对地表、大气、海洋等自然环境的监测、评估和管理需求。
遥感影像信息处理技术主要包括预处理、图像增强、特征提取和识别、信息提取和应用等步骤。
预处理阶段主要对原始遥感影像进行辐射校正、几何校正等，以提高影像的质量。
图像增强则通过一系列算法，如直方图均衡化、滤波等，改善图像的视觉效果，提高后续处理的准确性。
特征提取和识别则是通过特定的算法，如边缘检测、纹理分析等，从图像中提取出关键信息，如地物类型、形状、大小等。
信息提取和应用阶段则是将前面步骤得到的信息进行整合和分析，以满足各种实际应用需求。
随着遥感技术的快速发展，遥感影像信息处理技术也在不断进步。
一方面，随着遥感平台的多样化和遥感数据的丰富化，遥感影像信息处理技术需要处理的数据类型和复杂度也在不断增加。
另一方面，随着计算机科学和人工智能技术的快速发展，遥感影像信息处理技术也在不断引入新的理论和方法，如深度学习、神经网络等，以提高处理的准确性和效率。
遥感影像信息处理技术是遥感技术的重要组成部分，其在环境监测、城市规划、灾害预警、资源调查等领域有着广泛的应用前景。
小型卫星星座通信网络中的异构接入技术研究
小型卫星星座通信网络中的异构接入技术研究在小型卫星星座通信网络中，异构接入技术是一项关键的研究领域。
随着卫星技术的不断发展和应用需求的不断增加，小型卫星星座通信网络以其强大的通信能力和广阔的覆盖范围吸引了越来越多的关注。
然而，由于小型卫星的资源有限，如何实现多样化的异构接入技术成为了一个亟待解决的问题。
异构接入技术是指在小型卫星星座通信网络中，不同类型的地面用户通过各种不同的接入方式与卫星进行通信的技术。
这些异构接入方式可以包括地面终端、移动设备、无人机等多种不同类型的通信设备。
在实际应用中，根据不同的需求和环境，小型卫星星座通信网络需要支持不同的异构接入技术，以提供更加灵活和可靠的通信服务。
首先，地面终端是小型卫星星座通信网络中最常见的接入方式之一。
地面终端可以是固定的地面站，也可以是移动的车载设备。
地面终端利用卫星提供的信道进行通信，实现与其他终端或者卫星之间的数据传输。
在小型卫星星座通信网络中，地面终端的异构接入技术研究主要包括信号接收、信号处理、调制解调等方面的技术。
通过研究地面终端的异构接入技术，可以提高网络的通信质量和带宽利用率，从而提升整个网络的性能。
其次，移动设备也是小型卫星星座通信网络中的重要接入方式。
现如今，人们使用移动设备进行通信已经成为一种趋势，因此，小型卫星星座通信网络需要支持移动设备的异构接入技术。
通过研究如何使移动设备能够高效地接入卫星网络，可以实现人们随时随地的通信需求。
移动设备的异构接入技术研究引入了无线通信技术、网络协议、移动网络管理等方面的知识，旨在提供更好的移动通信体验和服务质量。
此外，无人机也是小型卫星星座通信网络中一个具有潜力的异构接入方式。
无人机具有灵活、可操控性强的特点，可以飞行到卫星的可视范围内与之通信。
通过研究无人机的异构接入技术，可以实现对于复杂环境下的通信需求的满足，例如突发事件的救援通信、广播与影像传输等。
无人机的异构接入技术涉及到航空通信技术、路径规划、数据传输等方面的内容，需要综合考虑无人机的飞行特性和卫星网络的通信需求，以实现稳定可靠的通信连接。
美国下一代太空体系架构的发展分析
发 展 纳 入《国 防 战 略》中 概 述 的 现 代 化 优 先 事 项 ；建 立
括航天发射测控）。
太 空 发 展 局 ，发 展 下 一 代 太 空 架 构 ；建 立 天 军 ；建 立 低
4）信息机动“提供及时、快速、可靠地收集和传输
成 本 、高 效 的 天 军 服 务 和 支 持 机 构 ；建 立 新 的 太 空 太空体系架构；天权；传输层；Link 16
中图分类号:
TN97
文献标识码:
A
The development of the U.S. next‑generation space system architecture
Zhang Xiaolin，Gu Liming，Wu Xianzhong
(The 36th Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation, Jiaxing 314033，
Zhejiang，China)
Abstract：Since the Trump administration came into power，it has been emphasized that putting American in‐
Key words：space system architecture；space power；transport layer；Link 16
0
引言
当 前 ，太 空 竞 争 日 趋 激 烈 ，太 空 不 稳 定 、不 安 全 因
素日益增多。太空正成为大国战略博弈的新焦点和
军事能力角逐的新战场。
特 朗 普 上 台 以 来 ，将 国 家 战 略 重 心 由 反 恐 转 向
异构预警卫星星座设计与分析
第200290
年 卷
前苏联自 20 世纪 70 年代开始研制导弹预警 卫星 ,已经拥有了“预报”和“眼睛”2 种系列的预 警卫星 。
“眼 睛 ”卫 星 运 行 于 轨 道 高 度 约 600 ～ 40 000 km的大椭圆轨道上 ,当运行到北半球时 , 在太平洋和欧洲上空的远地点附近能类似于在地 球同步轨道上那样飞得极其缓慢 ,在 12 h 的轨道 周期中约有 6 h 可观测到美国和欧洲的洲际导弹 发射场 ,并可监视美国和其他国家的常规发射 ,同 时将数据传向独联体基地 。“眼睛”大椭圆轨道预 警卫星自 1981 年进入实用 ,满员时由 9 颗卫星组 成 ,分布在间隔 40°的 9 个轨道平面上 ,时间间隔 160 s 。“眼睛”预警卫星系统对于美国的弹道导 弹攻击能够提供大约 30 min 的预警时间 ,并能够 确定导弹的大致发射区 ,另外还兼有执行核试验 监视任务 。
根据上面关于预警卫星系统的介绍可知 ,预 警卫星通常部署在地球静止轨道或大椭圆轨道 。 虽然部署在地球静止轨道上的预警卫星能覆盖地 球南北纬 65°以内区域 ,但是如果仅由地球静止 轨道卫星组成预警星座 ,则其星座构型将导致无 法对发射的导弹进行多方位探测 ,虚警率较高。 而部署在大椭圆轨道上的卫星对于中高纬度地区 具有较好的探测特性 ,却不能覆盖赤道附近的低 纬度地区 ,存在探测盲区 。美国的 SB IRS 的高轨 部分主要负责对发射导弹的探测 ,其构型设计中 引入了大椭圆轨道 ,以增强预警星座的立体观测 性能 。但是 ,其高轨部分的大部分卫星还是部署 在地球静止轨道上 ,大椭圆轨道并没有得到有效 利用 。而俄罗斯将其“预报”卫星和“眼睛”卫星组 合在一起构成的预警星座 ,其星座构型更是没有 进行优化设计 ,只是覆盖区域的简单互补而已。 另外 ,地球静止轨道资源非常有限 ,美国已经占用 了很多 ,其他国家再想在地球静止轨道上部署星 座已非常困难 。因此 ,本文提出了一种既能避开 奇缺的地球静止轨道资源 ,又能有效利用椭圆轨 道远地点覆盖特性的预警星座构型 。
一种有效的中椭圆轨道卫星星座设计与分析
何结 构是 有效 发挥 星座整 体工作 能力 的关键 。
１ 问题 的 提 出
众所 周知 ， 卫星 凭 借其 独 特 的空 间 位置 优 势
圆轨 道卫 星具 有 对 地覆 盖 均 匀 、 面 分 辨 力 地 均匀 、 测控 容易 等特 点 ， 常 由多颗 圆轨道 卫星 组 通
成 星座 ， 如 由 圆轨 道 卫 星 组 成 的 Ｗａｋ ｒ星 座 例 ｌｅ
收稿 日期 ： ０ ６ ０ —０ ２ ０ — ３３
能 够提供 大量 的对 地 观测 信 息 ， 卫 星 轨道 高度 且
越 高对地 观测 区域 越 大 。但 是 ， 虑 到 卫 星 有效 考 载荷 的工作 性能 ， 了实现 大范 围 、 密度对 地观 为 高 测 ， 常需要 利用 多颗 卫 星按 照 一 定 的空 间 布局 通 组 网工作 ， 即建 立 卫 星 星座 。星 座 的整 体工 作 性 能要 高于单 颗卫 星 工 作性 能 的简 单 叠加 ， 以选 所 择合适 的卫 星轨 道 类 型 、 化 设 计 星 座 的空 间几 优
率高 、 盖 重数 多等特 点 ， 未来 军事通 信 、 覆 在 导航 、 预警 等领域 具有 广 阔的应 用前景 。
关 键 词 ：中椭 圆轨 道 ；卫 星星座 ；星 间链 路
中 图 分 类 号 ： ４ ２ ４ Ｖ １ ． １
文 献标识码 ：Ａ
文 章 编 号 ： ６ ３０ ２ （ ０ ６ ０ —０ ２０ １ ７ —１ ７ ２ ０ ） ４０ ４ —６
ｌ ａ ｙ ｃ ｍ ｍ ｕ ｌ ａ ｌ ｎ，ｎａ ｇａ ｉ ｎ ａ ｉ ｓ ｌ ｅ ａ ｍ ｍ ｇ ｔ ｒ ｏ ｎ ｃ ｔｏ ｖｉ ｔｏ ｎｄ ｍ ｓ ｉｅ ｐｒ ｗ ｒ ．
Ｋｅ ｒ ｓ：ｍ ｅ ｕ ｅ ｌｐｓ ｂｉ；ｓ ｔ ｌｉｅ ｏ ｔ ｌａ ｉ ｙ ｗｏ ｄ ｄｉ ｍ ｌｉ ｅ ｏｒ ｔ ａ ｅ ｌ ｓ ｃ ｎｓ ｅ ｌ ｔｏｎ；ｉ ｅ — ａ ｅｌｔ ｓ ｌｎｋ ｔ ｎｔ ｒ ｓ ｔ ｌｉｅ ｉ
青少年探究危险小天体预警防御小卫星设计
中图分类号：P185
文献标识码：A
文章编号：1674-098X(2019)05(b)-0255-02
20世纪90年代起，我国开始加大对现代小卫星及其关 键 技 术领域 研 究的 投 入，从 此 我国现代 小卫 星的发 展 便 驶 上了快车道。19 9 9 年5月10日，我国首颗 现代 小卫 星“实 践 5号”成功发 射。2 0 0 7年5月2 5日，我国首颗皮 星浙大“皮 星一号”成功发射[1]。
据不完全统计，2016年50 0kg以下的小卫星发射数量 为121颗。近几年，10 0 0 kg以下卫 星 所占比例已稳定保 持在 40%以上，由此可见，小卫星已成为航天活动的主要领域。 2017年至今，太空探索技术公司(SpaceX)提出了雄心勃勃 的全球卫星通信网，还有太空互联网公司(OneWeb)卫星通 信网、典型的低轨遥感卫星网络、低轨移动通信网络等， 这些卫星均为小卫星的范畴，数量众多。
根 据上 述 要求，我们提 出了危 险小天体预 警防 御 小卫 星总体方案，具备两种重要功能。
功能一：扫描探测即将落到地球上的小行星并且采取 一定的措施。
功能二：防止太空垃圾对卫星、火箭等的干扰。 扫描探测并将数据传回地球，提醒地面注意并发射导 弹防御。 例如，要发射一个火箭，但有一个太空垃圾可能威胁到 火箭的安 全。这 时，我们的立方星 就 能 让 这个太 空垃 圾改 变运行轨迹，从而避免危险的发生。 为什么要提出这样一个课题？ 提交方案后得到专家积极反馈： 本方案描述了在地球同步轨道以激光定位探测为主要 技 术的小 行星检 测系统，方 案中设 计了周期为 3 h，扫描角 度为270°进行定位扫描的方式，通过这种方式检测在扫 描范围内是 否 会出现 小 行星。选 题比较 具 有时代性，能够 关注目前深空探测的热门议题。 一 般 科 学 家 进 行 研 究时会 确定 方 案的关 键 核心 技 术 以及 技 术 实 施的 有 效 性，该 方 案 是 地 球同步 轨 道的周期 性深空扫描是否能够做到及时的预警监测。 对本方案建议从如下几个方面进行深入研究和完善： (1)目前各国科学家已经通过观测建立了数十万颗的小 行星数据库，科学家可以通过计算预测这些小行星的运动 轨道，方案中可以探讨在地球同步卫星轨道检测哪些类型 尺寸的小行星。 ( 2 ) 建 议可以 通 过 分析 数 据库 设 定 周期 性 观 测的目标 小 行星，将 观 测目标 具 体 化，以便于从宇宙背 景中区分 探
多重覆盖的定倾角最佳星座设计
多重覆盖的定倾角最佳星座设计
袁仁耿
【期刊名称】《中国空间科学技术》
【年(卷),期】1997(017)004
【摘要】采用覆盖带技术，在全球多重连续覆盖，定倾角的条件下进行了星座设计。
星座形式采用１８０°升交点分布，并考虑相邻轨道间的相对相位。
【总页数】7页(P9-14,55)
【作者】袁仁耿
【作者单位】北京空间飞行器总体设计部
【正文语种】中文
【中图分类】V412.41
【相关文献】
1.多重覆盖的定倾角最佳星座的设计 [J], 袁仕耿
2.局部空域覆盖的回归轨道预警星座设计方法 [J], 任俊亮;邢清华;李龙跃
3.快速响应小卫星星座设计及覆盖性能仿真分析 [J], 曾德林
4.应用于物联网的卫星星座设计及分析与覆盖仿真 [J], 马晓攀;孔念平;余少波
5.一重覆盖的低轨通信星座设计与部署策略研究 [J], 齐彧;黄华;张浩;吕红剑
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定点位置
探测经度范围
40. 28°W 146. 15°W
103°E 7. 67°E 69. 337°E 96. 66°W 8. 74°E
41. 42°E～121. 98°W 64. 45°E～132. 15°W
21. 3°E～175. 3°W 74. 03°W～89. 37°E 12. 363°W～151. 037°E 14. 96°W～178. 36°E 72. 96°W～99. 44°E
即众所周知的“国防支援计划”( defense support p rogram ,DSP) 。
DSP 卫星 ,是目前世界上现役功能最强大的 导弹预警卫星 。DSP 预警卫星星座由 5 颗卫星 组成 ,其中 3 颗工作星 ,2 颗备用星 ,运行于地球 静止轨道上 。3 颗工作星的定点位置是 : 一颗位 于印度洋上空 (东经 60°) ,用以监视俄罗斯和我 国的洲际弹道导弹发射场 ;另一颗位于巴西上空 (西经 70°) ,用以探测核潜艇从美国东海岸以东 海域的导弹发射 ; 第 3 颗位于太平洋上空 (西经 135°) ,用以探测核潜艇从美国西海岸以西海域的 导弹发射 。通常该系统对洲际导弹的预警时间为 25 min ,对潜射导弹的预警时间为 15 min ,对战术 导弹的预警时间为 5 min 。目前共有 7 颗 DSP 卫 星在役 ,均为第 3 代卫星 ,如表 1 所示 。
根据上面关于预警卫星系统的介绍可知 ,预 警卫星通常部署在地球静止轨道或大椭圆轨道 。 虽然部署在地球静止轨道上的预警卫星能覆盖地 球南北纬 65°以内区域 ,但是如果仅由地球静止 轨道卫星组成预警星座 ,则其星座构型将导致无 法对发射的导弹进行多方位探测 ,虚警率较高。 而部署在大椭圆轨道上的卫星对于中高纬度地区 具有较好的探测特性 ,却不能覆盖赤道附近的低 纬度地区 ,存在探测盲区 。美国的 SB IRS 的高轨 部分主要负责对发射导弹的探测 ,其构型设计中 引入了大椭圆轨道 ,以增强预警星座的立体观测 性能 。但是 ,其高轨部分的大部分卫星还是部署 在地球静止轨道上 ,大椭圆轨道并没有得到有效 利用 。而俄罗斯将其“预报”卫星和“眼睛”卫星组 合在一起构成的预警星座 ,其星座构型更是没有 进行优化设计 ,只是覆盖区域的简单互补而已。 另外 ,地球静止轨道资源非常有限 ,美国已经占用 了很多 ,其他国家再想在地球静止轨道上部署星 座已非常困难 。因此 ,本文提出了一种既能避开 奇缺的地球静止轨道资源 ,又能有效利用椭圆轨 道远地点覆盖特性的预警星座构型 。
前苏联自 20 世纪 70 年代开始研制导弹预警 卫星 ,已经拥有了“预报”和“眼睛”2 种系列的预 警卫星 。
“眼 睛 ”卫 星 运 行 于 轨 道 高 度 约 600 ～ 40 000 km的大椭圆轨道上 ,当运行到北半球时 , 在太平洋和欧洲上空的远地点附近能类似于在地 球同步轨道上那样飞得极其缓慢 ,在 12 h 的轨道 周期中约有 6 h 可观测到美国和欧洲的洲际导弹 发射场 ,并可监视美国和其他国家的常规发射 ,同 时将数据传向独联体基地 。“眼睛”大椭圆轨道预 警卫星自 1981 年进入实用 ,满员时由 9 颗卫星组 成 ,分布在间隔 40°的 9 个轨道平面上 ,时间间隔 160 s 。“眼睛”预警卫星系统对于美国的弹道导 弹攻击能够提供大约 30 min 的预警时间 ,并能够 确定导弹的大致发射区 ,另外还兼有执行核试验 监视任务 。
摘 要 : 针对北半球预警卫星的应用背景和设计要求 ,结合椭圆轨道的覆 盖特点 ,提出了一种由中椭圆轨道卫星和赤道圆轨道卫星组成的异构预警卫星星座 设计方案 ,并对该预警星座的预警性能进行了仿真分析 。仿真结果表明 ,这种异构星 座构形具有很好的区域覆盖性能 。
关 键 词 : 预警卫星 ;异构星座 ;椭圆轨道
中图分类号 : V 412. 41 文 章 编 号 : 167320127 (2009) 0320047205
文献标识码 : A
DO I : 10. 3783/ j. issn. 167320127. 2009. 03. 012
De sign and Analysis of Non2iso morp hic Early Warning Satellite s Constellation
“天基 红 外 系 统”( space base inf rared sys2 tem ,SB IRS) 是美国正在研制的新一代天基红外 预警系统 ,也是美国国家导弹防御系统的一个主
要组成部分 ,将为美国部队提供更准确 、更及时的 弹道导弹预警情报 。其主要任务包括 : ①国家导 弹防御 ,预警洲际弹道导弹 ; ②战区导弹防御 ,预 警战术弹道导弹 ; ③ 技术情报支持 ,提供敌方导 弹的详细技术信息 ; ④ 战场描述 ,提供对战场的 敌情描述 ; ⑤空间监视 ,能够监视空间的卫星 。
为了对付前苏联的导弹威胁 ,美国空军早在 20 世纪 50 年代末就制定了“米达斯”( Midas) 导 弹防御警报系统计划 ;1967 年针对中国氢弹爆炸 成功 ,麦克纳马拉又下令部署了“哨兵”反导武器 系统 ;1969 年空军制定了实用型导弹预警计划 ,
收稿日期 : 2008211226 基金项目 : 部委级资助项目 作者简介 : 张雅声 ,女 ,副教授 ,博士. 主要研究方向 :航天器设计与应用. Lizhizys @263. net .
ZHAN G Yasheng1 , YAO Yo ng2
(1. Depart ment of Space Equip ment , t he Academy of Equip ment Command & Technology , Beijing 100416 , China ; 2. Co mpany of Po st graduate Management , t he Academy of Equip ment Co mmand & Technology , Beijing 100416 , China)
1 国外预警卫星典型星座构型分析
导弹预警卫星系统的任务是通过星载红外探 测器尽早探测到弹道导弹的发射 ,并将信息迅速 传递给地面中心 ,从而使地面防御系统能够赢得
尽可能长的预警时间 ,以组织有效的反击 。迄今 为止 ,世界上只有美国和俄罗斯拥有实用型导弹 预警卫星系统 ,法国和英国等少数国家也在试图 发展本国的天基预警系统 。 1. 1 美国的预警卫星 1. 1. 1 国防支援计划[1 ]
冷战时期 DSP 卫星系统表现出色 ,使核导弹 突然袭击的可能性大大降低 ,使一些紧张局势得 到了缓解 。20 世纪 80 年代的两伊战争中 ,DSP 曾 166 次探测到“飞毛腿”导弹的发射情况 ;1991 年的海湾战争中 ,美国调用了 2 颗 DSP 卫星在伊 拉克上空 ,监视“飞毛腿”导弹的发射 ,从而为“爱 国者”防空导弹赢得了约 5 min 的预警时间 ;近几 年来 ,朝鲜“大浦洞”导弹试验也曾多次被美国的 DSP 卫星探测到 。 1. 1. 2 天基红外系统
天基红外系统由 2 部分组成 : ①天基红外系 统高轨部分 ( SB IRS2High) ,由 5 颗地球静止轨道 卫星和 2 颗大椭圆轨道卫星组成 ,构成助推段监 视和跟踪系统 ,主要用来探测和跟踪助推段飞行 的弹道导弹 ,采用快速扫描与高分辨率凝视型探 测器相结合的方法 ,使扫描速度和灵敏度比 DSP 卫星提高 10 倍以上 ; ② 天基红外系统低轨部分 ( SB IRS2Low) ,由 20～30 颗低轨道卫星组成 ,构 成空间监视和跟踪系统 ,其上装有宽视场扫描和 窄视场凝视型短波 、中波 、中长波和长波 4 波段红 外及可见光跟踪探测器 ,用以捕获和跟踪目标导 弹中段飞行时的发热弹体和冷再入弹头 ,可为预 警雷达 、搜索雷达 、制导雷达引导目标 。该计划正 在试验 ,预计 2012 年正式部署 。 1. 2 俄罗斯的预警卫星
第200290
年 卷
6月 第3期
装备指挥技术学院学报 Jo urnal of t he Academy of Equip ment Command & Technology
J une 2009 Vol. 20 No1 3
异构预警卫星星座设计与分析
张雅声1 , 姚 勇2
(1. 装备指挥技术学院 航天装备系 ,北京 100416 ; 2. 装备指挥技术学院 研究生管理大队 ,北京 100416)
表 1 美国现役 DSP 导弹预警卫星一览表
卫星名称 国际编号
DSP F16 DSP F17 DSP F18 DSP F20 DSP F21 DSP F22 DSP F23
19912080B 19942084A 19972008A 20002024A 20012033A 20042004A 20072054A
Abstract : According to t he requirement of applicatio n and design of early warning satellite cover2 ing wit h t he nort hern hemisp here of eart h , t he p roject of no n2iso morp hic early warning satellites co n2 stellatio n is p ut forward using coverage characteristics of ellip se orbit , which is co mpo sed of ellip se or2 bit satellites and equator circle orbit satellites. The early warning performance of t he co nstellatio n is analyzed by simulatio n. And t he result s of simulatio n show t he no n2iso morp hic co nstellatio n has fine regio n coverage performance.