全球覆蓋的衛(wèi)星通信星座構型簡述

1、全球覆蓋的衛(wèi)星通信星座構型簡述 *蔣 虎 1, 2, 尹增山 1, 2, 龔文斌 1梁旭文 1, 2, 余金培 1, 2(1. 上海微小衛(wèi)星工程中心 , 上海 , 200050; 2. 中國科 學院上海微系統(tǒng)與信息技術研究所 , 上海 , 200050摘 要 :基于全球覆蓋通信的考量 , 分析和仿真了低軌道衛(wèi)星通信星座和中軌道衛(wèi)星通 信星座 。 結果表明 :在 30b 最低通信仰角和地面用戶至少同時可見 2顆衛(wèi)星的約束條件下 , 低 軌道衛(wèi)星通信星座的衛(wèi)星總量需要達到 182顆 (對應衛(wèi)星軌道高度為 1500km , 中軌道衛(wèi)星 通信星座所需要的衛(wèi)星總量為 32顆 (對應衛(wèi)星軌道高度為 100

2、00km 或 20顆 (對應衛(wèi)星軌道 高度為 20000km 。關鍵詞 :衛(wèi)星通信 ; 星座 ; 覆蓋率中圖分類號 :P228文獻標識碼 :A 文章編號 :1008-9268(2007 05-0042-021引 言隨著中國融入世界經濟貿易全球化趨勢的進 一步深化 , 建立全球范圍的通信能力成為我國需要 解決的全球性戰(zhàn)略問題之一。目前 , 國際上已有現 成的全 球通信 衛(wèi)星 服務運 營商 , 如 Iridium 公司 等 1。但考慮到超級大國情報系統(tǒng)對全球電話用 戶 , 尤其是衛(wèi)星電話用戶 , 采取監(jiān)聽的策略 , 對于中 國國內諸多需要保密的用戶而言 , 建立獨立自主的 全球通信衛(wèi)星系統(tǒng)是必需的

3、。這里 , 就覆蓋全球的 通信衛(wèi)星星座 (非 GEO 2和非 IGSO 星座 進行了 初步研究 , 提出了幾種覆蓋全球的衛(wèi)星通信星座構 型。2星座構型下面討論的星座構型 都是基于 30b 最低通信 仰角和地面用戶至少同時可見 2顆衛(wèi)星的約束條 件的。2. 1低軌星座考慮到低軌星座中衛(wèi)星的高度不能太低 3, 同 時考慮到應盡量避開地球空間環(huán)境中帶電粒子帶 的影響 , 即范艾倫帶 , 低軌星座的衛(wèi)星高度和軌道 傾角取值如下。a 主要軌道參數 (見表 1表 1軌道參數軌道高度 軌道傾角 偏心率1500km 87b 0b 衛(wèi)星分布為了滿足 30b 最低通信仰 角和地面用戶 至少 同時可見 2顆衛(wèi)星的約

4、束條件 , 我們利用相關軟件 對各 種 配 置 的 星 座 進 行 仿 真 , 結 果 表 明 :對 于 1500km 的低軌通信星座至少需要 182顆衛(wèi)星 , 它 們分布在 7個軌道面內 , 其中每個軌道面均勻分布 26顆衛(wèi)星 , 軌道面和衛(wèi)星分布如圖 1 所示。圖 11500km 低軌星座2. 2中軌星座這里 , 取中軌衛(wèi)星軌道傾角為 55b , 對衛(wèi) 星高 度分別為 10000km 和 20000km 兩種情況給 出仿 真結果。當星座軌 道選取 10000km 高度 , 55b 傾角時 , 星座仿真結果如下 :#30b 最低觀測仰角情況下 , 選取 4軌 *8星 /42GNSS Worl

5、d of 2007. 5 *收稿日期 :2007-05-22軌的星座可以至少 2重覆蓋全球所有區(qū)域 , 軌道和 衛(wèi)星分布如圖 2所示。 圖 2 10000km高度的中軌星座 圖 3 20000km 高度的中軌星座當星座星 軌道選取 20000km 高度 , 55b 傾 角 時 , 星座仿真結果如下 :#30b 最低觀測仰角情況下 , 選取 4軌 *5星 /軌的星座可以至少 2重覆蓋全球所有區(qū)域 , 軌道和 衛(wèi)星分布如圖 3所示。3 結 論在 30b 最低 通信仰角和地 面用戶至少同 時可 見 2顆衛(wèi)星的約束下 , 對低軌道、 中軌道衛(wèi)星通信 星座的覆蓋率指標初步分析表明 :1 滿足約束條件的低

6、軌星座至少需要 182顆 衛(wèi)星 , 它們分布在 7個軌道面內 , 每個軌道面均勻 分布 26顆衛(wèi)星?？梢?, 滿足約束條件的低軌道衛(wèi) 星通信星座的衛(wèi)星總數巨大 , 另外 , 這需要一個復雜的地面運控管理系統(tǒng)來支撐。2 滿足約束條件的中軌星座將至少需要 20顆 (20000km 軌 道高 度 或 32顆 (10000km 軌道 高 度 衛(wèi)星。單顆星的發(fā)射成本預算相對較高 ; 衛(wèi)星 壽命期內 , 軌道保持和星座構型保持所需要的燃料 相對較多 ; 與地面用戶間的鏈路損耗大大增加 , 這 不利于地面終端的小型化。 參考文獻 :1 余 金 培 , 楊 根 慶 , 梁 旭 文 . 現 代 小 衛(wèi) 星 技

7、術 與 應 用M .上海 :上?？茖W普及出版社2 王永志 , 王丹陽 . 同步 通信衛(wèi)星的 發(fā)射 M .北京 :國防工業(yè)出版社3 林來興 . 現代小 衛(wèi)星與 納衛(wèi)星技 術發(fā)展 (2 J. 國際太空 . 2002, 9月號 :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