卫星导航系统星间链路拓扑及路由设计

发布时间：2020-10-26 11:56

　　 自主导航是全球卫星导航系统(Global Navigation Satellite System:GNSS)未来发展的必然趋势,基于星间链路的星间测量和数据传输是维持自主导航的基础。依靠星间链路,卫星导航系统不仅可以在依赖较少甚至不依赖地面站的情况下,自主进行星历、钟差解算以及导航电文播发,为用户提供导航服务,同时还解决了我国区域测控网布站局限性的问题。因此,星间链路的研究成为我国北斗建设的重中之重。而星间链路的组网设计和路由规划又是实现星间链路网络高效运行的重要环节。本文以此为背景,从星地联合定轨和遥测回传业务实际需求出发,对卫星导航星座星间链路组网策略和遥测回传路径规划相关问题进行了初步研究。具体内容如下:(1)导航星座星间链路工作体制的分析。确定了包含Walker24/3/1的MEO星座,以及3颗GEO和3颗IGSO的混合星座模型;考虑到现有设备技术与空间复杂环境,对常用星间信号频率进行讨论分析,确定采用Ka频段来建设星间链路,相应的,天线为1Ka相控阵天线;结合星间链路网络的高动态特点以及高测量精度、弱干扰的需求,确定了以时分多址和空分多址相结合的通信体制。最后分析了星间链路的建立条件。(2)全网节点可视性分析和时隙规划算法分析。针对卫星星座复杂的拓扑结构以及星间链路单对单的点波束通信体制,研究了同层同轨、同层异轨和层间不同类型卫星之间的可视关系变化规律,在此基础上,借鉴有限状态自动机(FSA)的思想,规范星间链路的建链周期,避免频繁变化的拓扑结构对系统稳定性的影响。提出了基于GDOP贡献值的非永久链路设计方法,突破了传统星间链路的单一引起的定位精度较低的技术难题。实现了任意MEO定轨精度的平均PDOP2.2的技术指标。从而提高了全球导航系统的服务质量。(3)路由算法分析。针对高动态、时序化的星间链路,分析了传统路由算法的优缺点及适用场景,提出了一种基于时变图模型的A*搜索路由算法,突破了时序化建链所带来的高等待时延、高动态拓扑结构切换的路由重构技术难题,实现了全网卫星将遥测数据下发到地面站平均时延优于1min的技术指标,从而提高了导航系统的网络传输性能。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TN967.1
【部分图文】：

其中 i 为轨道编号，j 为轨道内卫星的序号；3 颗 IGSO 分别命名为 IGSO1、IGSO2和 IGSO3；3 颗 GEO 分别命名为 GEO1、GEO2 和 GEO3。图2.2 混合型导航星座模型2.2 星间链路工作体制分析星间链路一般指的卫星与卫星之间以及卫星与地面之间的通信链路，且同时具有双向伪距测量的功能，地面控制中心可以通过星间链路的建立经由境内星与境外星建

图3.1 北京地面站与 MEO 可视时段统计(a) 北京地面站对 MEO 可视数量 (b) 北京地面站境内 MEO 数目分布情况图3.2 北京地面站与 MEO 可视情况(2) 三亚地面站与 MEO 可视情况从图 3.3 中，可以看出 7 天内三亚地面站与各 MEO 卫星的可见性变化规律。和北京地面站与 MEO 可视性规律分析方法类似，这里不再一一赘述。图 3.4 为三亚地面站境内 MEO 卫星数目统计结果，左图为各时段境内卫星的数目，右图为境内卫星数目及其占仿真周期的时长百分比。从图中可以看出，在整个仿真周期内，地面站可以同时观测 MEO 卫星最少 4 颗，最多 9 颗，平均约为 6.32 颗

图3.3 三亚地面站与 MEO 可视时段统计(a) 三亚地面站对 MEO 可视数量 (b) 三亚地面站境内 MEO 数目分布情况图3.4 三亚地面站与 MEO 可视情况(3) 圣地亚哥站与 MEO 可视情况从图 3.5 中，可以看出 7 天圣地亚哥站与 MEO 卫星在各时间段内的可视情况。图 3.6 为圣地亚哥站境内 MEO 卫星数目统计结果，左图为各时段境内卫星的数目，右图为境内卫星数目及其占仿真周期的时长百分比。从图中可以看出，在整个仿真周期内，地面站可以同时观测 MEO 卫星最少 4 颗，最多 9 颗，平均约为 5.9 颗，且境内卫星数目≥5 的概率约为 98.7%。
【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 ;一网解释为何弃用星间链路:不好监管[J];卫星与网络;2018年07期

2 韩慧鹏;;低轨通信星座星间链路浅析[J];卫星与网络;2018年08期

3 冯旭哲;陈建云;周永彬;杨建伟;黄文德;;基于地面站的星间链路全网测试技术[J];计算机测量与控制;2018年10期

4 张忠山;谢平;闫俊刚;谭跃进;;双层规划求解兼顾测量与通信的星间链路设计[J];宇航学报;2016年05期

5 萧鑫;尚湘安;乔璐;张鹏;习清伶;;星间链路关键性能指标评估的方案设计[J];空间电子技术;2018年03期

6 翟坤;杨涤;;基于程序引导方法的星间链路天线过顶跟踪研究(英文)[J];Chinese Journal of Aeronautics;2008年01期

7 王亮,张乃通,刘晓峰;低轨卫星通信网络星间链路几何参数动态特性[J];哈尔滨工业大学学报;2003年02期

8 谭立英,马晶,金恩培,黄波;各种激光星间链路特点分析[J];光通信技术;1999年03期

9 何钐;高翠东;王淦;黄繁荣;;一种适用于远距离星间链路通信的设计[J];计算机测量与控制;2018年06期

10 龚晓颖;徐韶光;冯威;;星间链路构型对自主导航精度的影响分析[J];大地测量与地球动力学;2017年11期

相关博士学位论文 前10条

1 黄今辉;卫星导航系统星间链路网络优化设计技术研究[D];国防科技大学;2018年

2 孟志军;导航星座星间链路精密测距校正技术研究[D];国防科技大学;2017年

3 唐银银;基于星间链路的中高轨航天器定位关键技术研究[D];国防科技大学;2017年

4 杨道宁;导航星座星间测量在轨标定理论与方法研究[D];国防科技大学;2017年

5 吕宏春;基于北斗Ka星间链路体制的星地时间同步方法研究[D];中国科学院大学(中国科学院国家授时中心);2017年

6 唐竹;卫星网络快照路由优化技术研究[D];国防科学技术大学;2015年

7 肖寅;导航卫星自主导航关键技术研究[D];中国科学院研究生院(上海技术物理研究所);2015年

8 杨清龙;基于波长路由的全天基星座光网络特性研究[D];哈尔滨工业大学;2010年

9 冯来平;低轨卫星与星间链路增强的导航卫星精密定轨研究[D];解放军信息工程大学;2017年

10 陈忠贵;基于星间链路的导航卫星星座自主运行关键技术研究[D];国防科学技术大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 黄浩;跟踪与数据中继卫星星间链路捕获和跟踪仿真分析[D];哈尔滨工业大学;2019年

2 张方;卫星导航系统星间链路拓扑及路由设计[D];西安电子科技大学;2019年

3 高天;基于Ka星间链路的时间同步方法研究[D];中国科学院大学(中国科学院国家授时中心);2019年

4 高贺;北斗导航系统星间链路分配方法研究[D];湖南大学;2018年

5 莫宇;低轨卫星通信星座多目标优化设计[D];国防科学技术大学;2016年

6 徐鹏杰;时分空分星间链路网络传输协议技术研究[D];国防科学技术大学;2016年

7 黎若楠;星间链路跨层路由算法的研究[D];北京邮电大学;2018年

8 徐皓;导航卫星星间链路激光调制技术研究[D];华中科技大学;2016年

9 吴光耀;星间链路网络高效组网与传输协议研究[D];国防科学技术大学;2014年

10 李洪胜;星间链路低信噪比信号同步技术研究[D];南京理工大学;2015年

本文编号：2856966