卫星星座设计介绍ppt课件.ppt

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1、卫星星座轨道设计介绍,bspbsp,星座设计基本理论,A(h)：卫星脚印面积N：全球覆盖所需要的 卫星数目例如：h=1400km N12H=780km N19,经典轨道参数1,a：半主轴e：偏心率v：true anomaly 真近点角，表示 卫星在轨位置,注：b为半短轴,经典轨道参数2,i：轨道面倾角 ：升节点经度 ：近地点角距,注：x为春分线方向,常见轨道,圆形轨道对称、易分析、匀速运动但是由于地球旋转，轨道在地面的投射速率是不均匀的，在赤道处速率高于高纬度地区。GEO、LEO、MEO高椭圆轨道(HEO:highly elliptical orbit)高偏心率，如前苏联的Molniya or

2、bit，周期12小时地球同步转移轨道（GTO：geosynchronous transfer orbit）近地点200km左右，远地点为地球同步轨道高度用于将卫星从LEO转移到GEO,其它相关公式,轨道周期：轨道能量,is the Earths gravitational parameter, 398,601.2 km3/sec2.a is the orbits radius,where r and u are the orbits instantaneous radius and velocity.,其它轨道定义1,Periodic groundtrack orbit.GEO卫星，地面轨迹为

3、一点；Moniya卫星，地面轨迹为U型合理均衡nodal regression与地球旋转，保证地面轨迹经过若干轨道后能够回到初始位置Sun-synchronous orbit.为观测行星，对同一纬度地区保持同样的光照条件调整nodal regression，驱动轨道面与太阳one deg/day的运动相匹配往往为倾角大于90度的近极轨道（典型轨道倾角为100度，高度1000km左右）,太阳同步轨道,6 am view of sun-synchronous orbit from above the North Pole6 am view of sun-synchronous orbit from

4、 the suns view.,其它轨道定义2,Ellipso-type orbit.主要用于城市商用通信HEO：保证卫星在地球的白天部分尽可能长时间地逗留在服务城市上方，在地球的夜晚部分逗留时间最短太阳同步轨道：保证基本在同一时间访问需要服务的城市严格倾角：68.3度，保证近地点和远地点固定不变，远地点接近服务城市上方。,基本星座类型,圆轨道星座GEO星座：NASA TDRSS systemWalker星座：Motorolas Iridium constellationT/P/F；T is the total number of satellites, P is the number of

5、orbit planes, and F is the phasing parameter.（The phase-angle offset is given by 360 F/T deg to ensure a more optimal packing of Earths coverage circles）Streets-of-coverage constellation首先设计一个轨道面的覆盖域，然后复制轨道，直到全球覆盖,异型星座,编队飞行（formation flying) The idea is to put a group of satellites in orbit around E

6、arth and force them to fly in a geometric pattern such as a triangle.quasihalo constellationaround the L1 Lagrange point. L1 is a point between the sun and the Earth, roughly 1.5 million km away from Earth along the sun-Earth line (where Earth/sun gravitation balances with the rotational force to pr

7、oduce a relative equilibrium).,Walker Constellation,卫星数T，轨道数n，每轨道卫星数mm个卫星均匀分布在轨道面上,360/m所有n个轨道面具有相同的倾角i(一般相对于赤道面）轨道面的升节点均匀分布在赤道面上，360/n不同轨道面卫星的相对位置关系：相邻轨道面的卫星经过其升节点的时间间隔相等,Star pattern （极轨，近极轨）1,Seam单层星形网络通过street of coverage设计覆盖域Seamless双层极轨网络：地面每一点同时能看到两颗运行方向相反卫星。可以用单向或双向的Manhattan 网络表示、分析,Star pa

8、ttern 2,Star pattern 3,Delta pattern（倾斜轨道） 1,可以看作双层星形网络，但是所能覆盖的纬度带较窄。通过仔细设计可以保持永久星间链路。(torus环面拓扑，又称Ballad rosette星座）,Delta pattern 2 (torus topo),Delta pattern 3,concentrates on the bounds of multiple satellite visibility by interleaving low inclination multiple planes containing few satellites and

9、using careful phasing to fill in the gaps between satellite footprints in the same plane. Although interleaving and careful phase alignment of planes for coverage is adopted by Globalstar to decrease the number of satellites required, it places severe constraints on inter-satellite networking,星座性能衡量标准,service-frequency availabilityGeometric coverage,