一種區域覆蓋兼顧全球的混合軌道igso星座的制作方法
【專利摘要】本發明公開一種區域覆蓋兼顧全球的混合軌道IGSO星座，其包括至少5顆位于地球同步軌道上的IGSO衛星，所述至少5顆IGSO衛星分為兩組，每組包含至少3顆IGSO衛星，兩組間共用1顆IGSO衛星；第一組的至少3顆IGSO衛星共用一軌道面，升交點赤經相同，平近點間相差120°，并具有相同的軌道傾角，所述3顆IGSO衛星間由固定星間鏈路通信連接；第二組的至少3顆IGSO衛星具有相同的星下點過赤道經度，平近點角間相差120°，其中不與第一組共用的至少兩顆IGSO衛星具有相同的軌道傾角和地面軌跡，所述第二組3顆IGSO衛星間不建立星間鏈路，通過調整軌道傾角使其始終對地點受限信關站可見。本發明的混合軌道IGSO星座，能夠僅靠地點受限信關站落地，實現對目標區域的多重覆蓋，同時兼顧對全球范圍的覆蓋。
【專利說明】—種區域覆蓋兼顧全球的混合軌道IGSO星座
【技術領域】
[0001]本發明屬于衛星通信【技術領域】，特別是一種區域覆蓋兼顧全球的混合軌道IGSO星座。
【背景技術】
[0002]近年來，國外針對寬帶多媒體衛星通信系統的研發及試驗活動接踵不斷，典型的系統如Amerhis、Spaceway3、WINDS、WGS等，這些衛星寬帶通信系統均由一顆或多顆對地靜止軌道(Geostationary Orbit, GEO)衛星構成。GEO衛星工作于距離地面高度為35786km的赤道環上，相對地面保持靜止，覆蓋范圍大，采用3?5顆GEO衛星即可實現準全球覆蓋(無法覆蓋南北兩極地區)，且技術相對成熟，運行維護方便，但也存在一些問題:
[0003]I)對中高緯度地區平均覆蓋仰角較低，衰落余量大；
[0004]2)無法覆蓋全球，兩極附近存在通信盲區；
[0005]3 ) “南山效應”對地廣、山多的中國是一個突出問題；
[0006]4)衛星位置固定，易受干擾和攻擊；
[0007]5)軌道資源擁擠，軌道位置和頻率資源協調困難。
[0008]而根據中低軌道衛星的軌道特點，衛星軌道高度較低，雖然便于用戶終端的小型化，但其覆蓋面積遠小于GEO衛星，一般需要多顆衛星組成星座來實現較好的整體覆蓋。并且，中低軌衛星星座除建立了復雜星間鏈路的極軌星座外，難以僅靠僅靠受限區域內的信關站實現信號落地，同時衛星相對地面運動速度快，帶來通信中較大的多普勒頻移和時延變化。因此，中低軌道衛星一般不用于寬帶多媒體通信，而用于衛星移動通信和衛星導航，典型的系統有 Iridium、Globalstar> Orbcomm 和 GPS 等。
[0009]傾斜地球同步軌道(InclinedGeosynchronous Satellite Orbit, IGS0)也是圓軌道，具有與GEO相同的軌道高度和周期，但具有一定的軌道傾角，在充分利用GEO優點的同時，能夠克服其高緯度區始終是低仰角的問題。IGSO衛星軌道傾角大于O度，因此，IGSO衛星的星下點軌跡在地面就不是一個點，而是以赤道為對稱軸的“8”字形，軌道傾角越大，“8”字形的區域也越大。單顆IGSO衛星對特定區域的覆蓋性能不如一顆GEO衛星。
[0010]綜上所述，由于中低軌衛星通信時多普勒頻移和時延變化大，難以用于寬帶多媒體通信，而現有GEO寬帶多媒體星座在南北兩極存在通信盲區，對中高緯度地區平均覆蓋仰角較低，衰落余量大，而單顆IGSO衛星對特定區域的覆蓋性能不如一顆GEO衛星。
[0011]因此，現有技術存在的問題是:如何能夠僅靠地點受限信關站落地，實現對目標區域的多重覆蓋，同時兼顧對全球范圍的覆蓋。
【發明內容】
[0012]本發明的目的在于提供一種區域覆蓋兼顧全球的混合軌道IGSO星座，能夠僅靠地點受限信關站落地，實現對目標區域的多重覆蓋，同時兼顧對全球范圍的覆蓋。
[0013]實現本發明目的的技術解決方案為:一種區域覆蓋兼顧全球的混合軌道IGSO星座，其包括至少5顆位于地球同步軌道上的IGSO衛星，所述至少5顆IGSO衛星分為兩組，每組包含至少3顆IGSO衛星，兩組間共用I顆IGSO衛星；第一組的至少3顆IGSO衛星共用一軌道面，升交點赤經相同，平近點間相差120°，并具有相同的軌道傾角，所述3顆IGSO衛星間由固定星間鏈路通信連接；第二組的至少3顆IGSO衛星具有相同的星下點過赤道經度，平近點角間相差120°，其中不與第一組共用的至少兩顆IGSO衛星具有相同的軌道傾角和地面軌跡，所述第二組3顆IGSO衛星間不建立星間鏈路，通過調整軌道傾角使其始終對地點受限信關站可見。
[0014]本發明與現有技術相比，其顯著優點:
[0015]1、在區域多星覆蓋的同時能夠兼顧對全球的覆蓋:能夠對中低緯度地區實現很好的多星覆蓋，在多星重疊覆蓋區內能夠提供良好的分集效果；在各緯度區域都具有很高的平均通信仰角，能夠對南北兩極地區提供100%時間覆蓋；譬如，IGSO混合軌道星座中第一組同軌道面IGSO衛星軌道傾角為70°，第二組地面同軌跡IGSO衛星軌道傾角為48.04°時，能夠對全球50.15%的區域提供100%時間覆蓋，對全球99.47%的區域提供80%以上時間覆蓋，能夠對全球100%的區域提供77.2%以上時間覆蓋；
[0016]2、多普勒頻移與時延變化小:由于IGSO衛星相對地面運動，星地通信存在一定的多普勒頻移與時延變化，但混合軌道IGSO衛星星座中的多普勒頻移與時延變化相比低軌系統要小很多。譬如，當各IGSO衛星軌道傾角為70°時，對于30GHz的載波頻率，多普勒頻移通常小于60kHz，多普勒頻移變化率通常小于6Hz/s，時延變化率通常小于2X 10-3ms/s。
[0017]3、可以僅靠受限區域內的信關站落地:譬如，由于條件限制，我國的信關站均位于領土范圍內，該范圍即信關站的受限區域。選取我國典型地點的信關站，即北京信關站、喀什信關站以及三亞信關站。調整混合軌道星座中第二組地面同軌跡IGSO衛星軌道傾角為48.04° (15°波束邊緣仰角)，即可保證混合軌道星座中的所有IGSO衛星均靠國內三個信關站直接或間接(通過星間鏈路)落地。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0018]圖1是本發明區域覆蓋兼顧全球的混合軌道IGSO星座三維結構示意圖。
[0019]圖2是本發明區域覆蓋兼顧全球的混合軌道IGSO星座二維多星覆蓋圖。
[0020]圖3是本發明區域覆蓋兼顧全球的混合軌道IGSO星座雙星覆蓋時間圖。
[0021]圖4是本發明區域覆蓋兼顧全球的混合軌道IGSO星座單星覆蓋時間圖。
[0022]圖5是中國以及全球區域的平均通信仰角。
[0023]圖6是典型地點的分集角。
[0024]圖7是北京站通信時延以及時延變化率曲線。
[0025]圖8是北京站通信多普勒頻移以及多普勒頻移變化率曲線。
[0026]圖9是北京站通信自由空間傳播損耗變化以及變化率曲線。
【具體實施方式】
[0027]下面結合附圖對本發明作進一步詳細描述。
[0028]如圖1所示，本發明區域覆蓋兼顧全球的混合軌道IGSO星座，包括至少5顆位于地球同步軌道上的IGSO衛星，所述至少5顆IGSO衛星分為兩組，每組包含至少3顆IGSO衛星，兩組間共用I顆IGSO衛星；
[0029]第一組的至少3顆IGSO衛星共用一軌道面，升交點赤經相同，平近點間相差120°，并具有相同的軌道傾角，所述3顆IGSO衛星間由固定星間鏈路通信連接；
[0030]第二組的至少3顆IGSO衛星具有相同的星下點過赤道經度，平近點角間相差120°，其中不與第一組共用的至少兩顆IGSO衛星具有相同的軌道傾角和地面軌跡，所述第二組3顆IGSO衛星間不建立星間鏈路，通過調整軌道傾角使其始終對地點受限信關站可見。
[0031]所述第一組的至少3顆IGSO衛星至少有一顆對地點受限信關站可見，該組其它不可見IGSO衛星通過星間鏈路落地到該信關站。
[0032]所述第二組中不與第一組共用的至少兩顆IGSO衛星軌道傾角相同。
[0033]所述第二組3顆IGSO衛星均具有相同的軌道傾角，且該3顆IGSO衛星星下點軌跡相同。
[0034]所述至少5顆IGSO衛星的運行周期均為一個恒星日。
[0035]例如，目標覆蓋區域選為中國區域，信關站地點受限區域為中國領土范圍。信關站選取在典型地點:北京(39.9° N,116.4° E)、喀什(39.5° N，76.0 ° E)以及三亞(18.2° N, 109.5° E)。
[0036]5顆IGSO衛星分為兩組，每組包含3顆IGSO衛星，其中I顆IGSO衛星被兩組共用。第一組3顆IGSO衛星具有相同的軌道面，軌道傾角均為70°，升交點赤經均為0°，三顆IGSO衛星真近點角間分別相差120°，波束邊緣仰角均為10°。第一組與第二組共用的IGSO衛星星下點過赤道經度為110° E0第一組衛星間建立固定星間鏈路，同軌道面3顆衛星能夠保證至少有I顆與國內信關站可視。第二組3顆IGSO衛星星下點過赤道經度均為110° E(根據中國區域選取)，其中有I顆衛星與第一組共用，軌道傾角為70°，波束邊緣仰角為10°。第二組另外2顆IGSO衛星地面同軌跡，軌道傾角為48.04°，波束邊緣仰角為15°，全組3顆IGSO衛星真近點角間相差120°。軌道傾角48.04°的2顆IGSO衛星能夠保證始終與國內信關站可視。圖1所示僅為5顆IGSO衛星，也可在此基礎上增加IGSO衛星數量。
[0037]采用STK (Satellite Tool Kit)軟件產生5顆IGSO衛星仿真起始時刻的星歷參數如表1所示。其中，IGSOU IGS02與IGS03為第一組，波束邊緣仰角均為10° ;IGS01、IGS04與IGS05為第二組，其中IGS04與IGS05的波束邊緣仰角為15°。
[0038]表15IGS0仿真起始時刻的星歷
[0039]
【權利要求】
1.一種區域覆蓋兼顧全球的混合軌道IGSO星座，其特征在于: 包括至少5顆位于地球同步軌道上的IGSO衛星，所述至少5顆IGSO衛星分為兩組，每組包含至少3顆IGSO衛星，兩組間共用I顆IGSO衛星； 第一組的至少3顆IGSO衛星共用一軌道面，升交點赤經相同，平近點間相差120°，并具有相同的軌道傾角，所述3顆IGSO衛星間由固定星間鏈路通信連接； 第二組的至少3顆IGSO衛星具有相同的星下點過赤道經度，平近點角間相差120°，其中不與第一組共用的至少兩顆IGSO衛星具有相同的軌道傾角和地面軌跡，所述第二組3顆IGSO衛星間不建立星間鏈路，通過調整軌道傾角使其始終對地點受限信關站可見。
2.根據權利要求1所述的區域覆蓋兼顧全球的混合軌道IGSO星座，其特征在于:所述第一組的至少3顆IGSO衛星至少有一顆對地點受限信關站可見，該組其它不可見IGSO衛星通過星間鏈路落地到該信關站。
3.根據權利要求1或2所述的區域覆蓋兼顧全球的混合軌道IGSO星座，其特征在于:所述第二組中不與第一組共用的至少兩顆IGSO衛星軌道傾角相同。
4.根據權利要求3所述的區域覆蓋兼顧全球的混合軌道IGSO星座，其特征在于:所述第二組3顆IGSO衛星均具有相同的軌道傾角，且該3顆IGSO衛星星下點軌跡相同。
5.根據權利要求1所述的區域覆蓋兼顧全球的混合軌道IGSO星座，其特征在于:所述至少5顆IGSO衛星的運行周期均為一個恒星日。
【文檔編號】H04B7/185GK103532611SQ201310488553
【公開日】2014年1月22日 申請日期:2013年10月17日 優先權日:2013年10月17日
【發明者】張更新, 張威, 謝智東, 邊東明, 李永強, 張飛, 孔博, 胡婧, 孫謙 申請人:中國人民解放軍理工大學