自主導(dǎo)航是全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)(Global Navigation Satellite System:GNSS)未來發(fā)展的必然趨勢,基于星間鏈路的星間測量和數(shù)據(jù)傳輸是維持自主導(dǎo)航的基礎(chǔ)。依靠星間鏈路,衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)不僅可以在依賴較少甚至不依賴地面站的情況下,自主進(jìn)行星歷、鐘差解算以及導(dǎo)航電文播發(fā),為用戶提供導(dǎo)航服務(wù),同時(shí)還解決了我國區(qū)域測控網(wǎng)布站局限性的問題。因此,星間鏈路的研究成為我國北斗建設(shè)的重中之重。而星間鏈路的組網(wǎng)設(shè)計(jì)和路由規(guī)劃又是實(shí)現(xiàn)星間鏈路網(wǎng)絡(luò)高效運(yùn)行的重要環(huán)節(jié)。本文以此為背景,從星地聯(lián)合定軌和遙測回傳業(yè)務(wù)實(shí)際需求出發(fā),對(duì)衛(wèi)星導(dǎo)航星座星間鏈路組網(wǎng)策略和遙測回傳路徑規(guī)劃相關(guān)問題進(jìn)行了初步研究。具體內(nèi)容如下:(1)導(dǎo)航星座星間鏈路工作體制的分析。確定了包含Walker24/3/1的MEO星座,以及3顆GEO和3顆IGSO的混合星座模型;考慮到現(xiàn)有設(shè)備技術(shù)與空間復(fù)雜環(huán)境,對(duì)常用星間信號(hào)頻率進(jìn)行討論分析,確定采用Ka頻段來建設(shè)星間鏈路,相應(yīng)的,天線為1Ka相控陣天線;結(jié)合星間鏈路網(wǎng)絡(luò)的高動(dòng)態(tài)特點(diǎn)以及高測量精度、弱干擾的需求,確定了以時(shí)分多址和空分多址相結(jié)合的通信體制。最后分析了星間鏈路的建立條件。(2)全網(wǎng)節(jié)點(diǎn)可視性分析和時(shí)隙規(guī)劃算法分析。針對(duì)衛(wèi)星星座復(fù)雜的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)以及星間鏈路單對(duì)單的點(diǎn)波束通信體制,研究了同層同軌、同層異軌和層間不同類型衛(wèi)星之間的可視關(guān)系變化規(guī)律,在此基礎(chǔ)上,借鑒有限狀態(tài)自動(dòng)機(jī)(FSA)的思想,規(guī)范星間鏈路的建鏈周期,避免頻繁變化的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定性的影響。提出了基于GDOP貢獻(xiàn)值的非永久鏈路設(shè)計(jì)方法,突破了傳統(tǒng)星間鏈路的單一引起的定位精度較低的技術(shù)難題。實(shí)現(xiàn)了任意MEO定軌精度的平均PDOP2.2的技術(shù)指標(biāo)。從而提高了全球?qū)Ш较到y(tǒng)的服務(wù)質(zhì)量。(3)路由算法分析。針對(duì)高動(dòng)態(tài)、時(shí)序化的星間鏈路,分析了傳統(tǒng)路由算法的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場景,提出了一種基于時(shí)變圖模型的A*搜索路由算法,突破了時(shí)序化建鏈所帶來的高等待時(shí)延、高動(dòng)態(tài)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)切換的路由重構(gòu)技術(shù)難題,實(shí)現(xiàn)了全網(wǎng)衛(wèi)星將遙測數(shù)據(jù)下發(fā)到地面站平均時(shí)延優(yōu)于1min的技術(shù)指標(biāo),從而提高了導(dǎo)航系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)傳輸性能。
【學(xué)位單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TN967.1
【部分圖文】：

其中 i 為軌道編號(hào)，j 為軌道內(nèi)衛(wèi)星的序號(hào)；3 顆 IGSO 分別命名為 IGSO1、IGSO2和 IGSO3；3 顆 GEO 分別命名為 GEO1、GEO2 和 GEO3。圖2.2 混合型導(dǎo)航星座模型2.2 星間鏈路工作體制分析星間鏈路一般指的衛(wèi)星與衛(wèi)星之間以及衛(wèi)星與地面之間的通信鏈路，且同時(shí)具有雙向偽距測量的功能，地面控制中心可以通過星間鏈路的建立經(jīng)由境內(nèi)星與境外星建

圖3.1 北京地面站與 MEO 可視時(shí)段統(tǒng)計(jì)(a) 北京地面站對(duì) MEO 可視數(shù)量 (b) 北京地面站境內(nèi) MEO 數(shù)目分布情況圖3.2 北京地面站與 MEO 可視情況(2) 三亞地面站與 MEO 可視情況從圖 3.3 中，可以看出 7 天內(nèi)三亞地面站與各 MEO 衛(wèi)星的可見性變化規(guī)律。和北京地面站與 MEO 可視性規(guī)律分析方法類似，這里不再一一贅述。圖 3.4 為三亞地面站境內(nèi) MEO 衛(wèi)星數(shù)目統(tǒng)計(jì)結(jié)果，左圖為各時(shí)段境內(nèi)衛(wèi)星的數(shù)目，右圖為境內(nèi)衛(wèi)星數(shù)目及其占仿真周期的時(shí)長百分比。從圖中可以看出，在整個(gè)仿真周期內(nèi)，地面站可以同時(shí)觀測 MEO 衛(wèi)星最少 4 顆，最多 9 顆，平均約為 6.32 顆

圖3.3 三亞地面站與 MEO 可視時(shí)段統(tǒng)計(jì)(a) 三亞地面站對(duì) MEO 可視數(shù)量 (b) 三亞地面站境內(nèi) MEO 數(shù)目分布情況圖3.4 三亞地面站與 MEO 可視情況(3) 圣地亞哥站與 MEO 可視情況從圖 3.5 中，可以看出 7 天圣地亞哥站與 MEO 衛(wèi)星在各時(shí)間段內(nèi)的可視情況。圖 3.6 為圣地亞哥站境內(nèi) MEO 衛(wèi)星數(shù)目統(tǒng)計(jì)結(jié)果，左圖為各時(shí)段境內(nèi)衛(wèi)星的數(shù)目，右圖為境內(nèi)衛(wèi)星數(shù)目及其占仿真周期的時(shí)長百分比。從圖中可以看出，在整個(gè)仿真周期內(nèi)，地面站可以同時(shí)觀測 MEO 衛(wèi)星最少 4 顆，最多 9 顆，平均約為 5.9 顆，且境內(nèi)衛(wèi)星數(shù)目≥5 的概率約為 98.7%。
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本文編號(hào)：2856966