全球覆盖的卫星通信星座构型简述

1、全球覆盖的卫星通信星座构型简述 *蒋 虎 1, 2, 尹增山 1, 2, 龚文斌 1梁旭文 1, 2, 余金培 1, 2(1. 上海微小卫星工程中心 , 上海 , 200050; 2. 中国科 学院上海微系统与信息技术研究所 , 上海 , 200050摘 要 :基于全球覆盖通信的考量 , 分析和仿真了低轨道卫星通信星座和中轨道卫星通 信星座 。 结果表明 :在 30b 最低通信仰角和地面用户至少同时可见 2颗卫星的约束条件下 , 低 轨道卫星通信星座的卫星总量需要达到 182颗 (对应卫星轨道高度为 1500km , 中轨道卫星 通信星座所需要的卫星总量为 32颗 (对应卫星轨道高度为 100

2、00km 或 20颗 (对应卫星轨道 高度为 20000km 。关键词 :卫星通信 ; 星座 ; 覆盖率中图分类号 :P228文献标识码 :A 文章编号 :1008-9268(2007 05-0042-021引 言随着中国融入世界经济贸易全球化趋势的进 一步深化 , 建立全球范围的通信能力成为我国需要 解决的全球性战略问题之一。目前 , 国际上已有现 成的全 球通信 卫星 服务运 营商 , 如 Iridium 公司 等 1。但考虑到超级大国情报系统对全球电话用 户 , 尤其是卫星电话用户 , 采取监听的策略 , 对于中 国国内诸多需要保密的用户而言 , 建立独立自主的 全球通信卫星系统是必需的

3、。这里 , 就覆盖全球的 通信卫星星座 (非 GEO 2和非 IGSO 星座 进行了 初步研究 , 提出了几种覆盖全球的卫星通信星座构 型。2星座构型下面讨论的星座构型 都是基于 30b 最低通信 仰角和地面用户至少同时可见 2颗卫星的约束条 件的。2. 1低轨星座考虑到低轨星座中卫星的高度不能太低 3, 同 时考虑到应尽量避开地球空间环境中带电粒子带 的影响 , 即范艾伦带 , 低轨星座的卫星高度和轨道 倾角取值如下。a 主要轨道参数 (见表 1表 1轨道参数轨道高度 轨道倾角 偏心率1500km 87b 0b 卫星分布为了满足 30b 最低通信仰 角和地面用户 至少 同时可见 2颗卫星的约

4、束条件 , 我们利用相关软件 对各 种 配 置 的 星 座 进 行 仿 真 , 结 果 表 明 :对 于 1500km 的低轨通信星座至少需要 182颗卫星 , 它 们分布在 7个轨道面内 , 其中每个轨道面均匀分布 26颗卫星 , 轨道面和卫星分布如图 1 所示。图 11500km 低轨星座2. 2中轨星座这里 , 取中轨卫星轨道倾角为 55b , 对卫 星高 度分别为 10000km 和 20000km 两种情况给 出仿 真结果。当星座轨 道选取 10000km 高度 , 55b 倾角时 , 星座仿真结果如下 :#30b 最低观测仰角情况下 , 选取 4轨 *8星 /42GNSS Worl

5、d of 2007. 5 *收稿日期 :2007-05-22轨的星座可以至少 2重覆盖全球所有区域 , 轨道和 卫星分布如图 2所示。 图 2 10000km高度的中轨星座 图 3 20000km 高度的中轨星座当星座星 轨道选取 20000km 高度 , 55b 倾 角 时 , 星座仿真结果如下 :#30b 最低观测仰角情况下 , 选取 4轨 *5星 /轨的星座可以至少 2重覆盖全球所有区域 , 轨道和 卫星分布如图 3所示。3 结 论在 30b 最低 通信仰角和地 面用户至少同 时可 见 2颗卫星的约束下 , 对低轨道、 中轨道卫星通信 星座的覆盖率指标初步分析表明 :1 满足约束条件的低

6、轨星座至少需要 182颗 卫星 , 它们分布在 7个轨道面内 , 每个轨道面均匀 分布 26颗卫星。可见 , 满足约束条件的低轨道卫 星通信星座的卫星总数巨大 , 另外 , 这需要一个复杂的地面运控管理系统来支撑。2 满足约束条件的中轨星座将至少需要 20颗 (20000km 轨 道高 度 或 32颗 (10000km 轨道 高 度 卫星。单颗星的发射成本预算相对较高 ; 卫星 寿命期内 , 轨道保持和星座构型保持所需要的燃料 相对较多 ; 与地面用户间的链路损耗大大增加 , 这 不利于地面终端的小型化。 参考文献 :1 余 金 培 , 杨 根 庆 , 梁 旭 文 . 现 代 小 卫 星 技

7、术 与 应 用M .上海 :上海科学普及出版社2 王永志 , 王丹阳 . 同步 通信卫星的 发射 M .北京 :国防工业出版社3 林来兴 . 现代小 卫星与 纳卫星技 术发展 (2 J. 国际太空 . 2002, 9月号 :2730Brief Introduction of Constellations for Global Satellite CommunicationsJIANG Hu 1, 2, YIN Zeng -shan 1, 2, GONG Wen -bin 1, LIANG Xu -wen 1, 2YU Jin -pei 1, 2(1. Shanghai Engineeri ng

8、 Center f or M icr o -satel lite, S hanghai 200050, China; 2. S hang hai I nstitute of M icro -sy stem and I nf or mation T echnolog y , Chines e A cademy of Sciences , Shanghai 200050, ChinaAbstract:Fo r purpose o f g lobal satellite comm unications, LEO satellite comm unication constellatio n and

9、M EO satellite comm unicatio n constellation are analy zed and sim ulated. With the constraints that minim um elevatio n is 30deg rees and at least tw o satellites are simultaneo usly visible fo r gro und users, it is show n that 182LEO satellites or 32M EO satellites (orbital altitude is 10000km , or 20M EO sate-llites (orbital altitude is 20000km are sufficient to pro vide so lutions for global satellite comm unication