一种区域覆盖兼顾全球的混合轨道igso星座的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种区域覆盖兼顾全球的混合轨道IGSO星座，其包括至少5颗位于地球同步轨道上的IGSO卫星，所述至少5颗IGSO卫星分为两组，每组包含至少3颗IGSO卫星，两组间共用1颗IGSO卫星；第一组的至少3颗IGSO卫星共用一轨道面，升交点赤经相同，平近点间相差120°，并具有相同的轨道倾角，所述3颗IGSO卫星间由固定星间链路通信连接；第二组的至少3颗IGSO卫星具有相同的星下点过赤道经度，平近点角间相差120°，其中不与第一组共用的至少两颗IGSO卫星具有相同的轨道倾角和地面轨迹，所述第二组3颗IGSO卫星间不建立星间链路，通过调整轨道倾角使其始终对地点受限信关站可见。本发明的混合轨道IGSO星座，能够仅靠地点受限信关站落地，实现对目标区域的多重覆盖，同时兼顾对全球范围的覆盖。
【专利说明】—种区域覆盖兼顾全球的混合轨道IGSO星座
【技术领域】
[0001]本发明属于卫星通信【技术领域】，特别是一种区域覆盖兼顾全球的混合轨道IGSO星座。
【背景技术】
[0002]近年来，国外针对宽带多媒体卫星通信系统的研发及试验活动接踵不断，典型的系统如Amerhis、Spaceway3、WINDS、WGS等，这些卫星宽带通信系统均由一颗或多颗对地静止轨道(Geostationary Orbit, GEO)卫星构成。GEO卫星工作于距离地面高度为35786km的赤道环上，相对地面保持静止，覆盖范围大，采用3?5颗GEO卫星即可实现准全球覆盖(无法覆盖南北两极地区)，且技术相对成熟，运行维护方便，但也存在一些问题:
[0003]I)对中高纬度地区平均覆盖仰角较低，衰落余量大；
[0004]2)无法覆盖全球，两极附近存在通信盲区；
[0005]3 ) “南山效应”对地广、山多的中国是一个突出问题；
[0006]4)卫星位置固定，易受干扰和攻击；
[0007]5)轨道资源拥挤，轨道位置和频率资源协调困难。
[0008]而根据中低轨道卫星的轨道特点，卫星轨道高度较低，虽然便于用户终端的小型化，但其覆盖面积远小于GEO卫星，一般需要多颗卫星组成星座来实现较好的整体覆盖。并且，中低轨卫星星座除建立了复杂星间链路的极轨星座外，难以仅靠仅靠受限区域内的信关站实现信号落地，同时卫星相对地面运动速度快，带来通信中较大的多普勒频移和时延变化。因此，中低轨道卫星一般不用于宽带多媒体通信，而用于卫星移动通信和卫星导航，典型的系统有 Iridium、Globalstar> Orbcomm 和 GPS 等。
[0009]倾斜地球同步轨道(InclinedGeosynchronous Satellite Orbit, IGS0)也是圆轨道，具有与GEO相同的轨道高度和周期，但具有一定的轨道倾角，在充分利用GEO优点的同时，能够克服其高纬度区始终是低仰角的问题。IGSO卫星轨道倾角大于O度，因此，IGSO卫星的星下点轨迹在地面就不是一个点，而是以赤道为对称轴的“8”字形，轨道倾角越大，“8”字形的区域也越大。单颗IGSO卫星对特定区域的覆盖性能不如一颗GEO卫星。
[0010]综上所述，由于中低轨卫星通信时多普勒频移和时延变化大，难以用于宽带多媒体通信，而现有GEO宽带多媒体星座在南北两极存在通信盲区，对中高纬度地区平均覆盖仰角较低，衰落余量大，而单颗IGSO卫星对特定区域的覆盖性能不如一颗GEO卫星。
[0011]因此，现有技术存在的问题是:如何能够仅靠地点受限信关站落地，实现对目标区域的多重覆盖，同时兼顾对全球范围的覆盖。
【发明内容】
[0012]本发明的目的在于提供一种区域覆盖兼顾全球的混合轨道IGSO星座，能够仅靠地点受限信关站落地，实现对目标区域的多重覆盖，同时兼顾对全球范围的覆盖。
[0013]实现本发明目的的技术解决方案为:一种区域覆盖兼顾全球的混合轨道IGSO星座，其包括至少5颗位于地球同步轨道上的IGSO卫星，所述至少5颗IGSO卫星分为两组，每组包含至少3颗IGSO卫星，两组间共用I颗IGSO卫星；第一组的至少3颗IGSO卫星共用一轨道面，升交点赤经相同，平近点间相差120°，并具有相同的轨道倾角，所述3颗IGSO卫星间由固定星间链路通信连接；第二组的至少3颗IGSO卫星具有相同的星下点过赤道经度，平近点角间相差120°，其中不与第一组共用的至少两颗IGSO卫星具有相同的轨道倾角和地面轨迹，所述第二组3颗IGSO卫星间不建立星间链路，通过调整轨道倾角使其始终对地点受限信关站可见。
[0014]本发明与现有技术相比，其显著优点:
[0015]1、在区域多星覆盖的同时能够兼顾对全球的覆盖:能够对中低纬度地区实现很好的多星覆盖，在多星重叠覆盖区内能够提供良好的分集效果；在各纬度区域都具有很高的平均通信仰角，能够对南北两极地区提供100%时间覆盖；譬如，IGSO混合轨道星座中第一组同轨道面IGSO卫星轨道倾角为70°，第二组地面同轨迹IGSO卫星轨道倾角为48.04°时，能够对全球50.15%的区域提供100%时间覆盖，对全球99.47%的区域提供80%以上时间覆盖，能够对全球100%的区域提供77.2%以上时间覆盖；
[0016]2、多普勒频移与时延变化小:由于IGSO卫星相对地面运动，星地通信存在一定的多普勒频移与时延变化，但混合轨道IGSO卫星星座中的多普勒频移与时延变化相比低轨系统要小很多。譬如，当各IGSO卫星轨道倾角为70°时，对于30GHz的载波频率，多普勒频移通常小于60kHz，多普勒频移变化率通常小于6Hz/s，时延变化率通常小于2X 10-3ms/s。
[0017]3、可以仅靠受限区域内的信关站落地:譬如，由于条件限制，我国的信关站均位于领土范围内，该范围即信关站的受限区域。选取我国典型地点的信关站，即北京信关站、喀什信关站以及三亚信关站。调整混合轨道星座中第二组地面同轨迹IGSO卫星轨道倾角为48.04° (15°波束边缘仰角)，即可保证混合轨道星座中的所有IGSO卫星均靠国内三个信关站直接或间接(通过星间链路)落地。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明区域覆盖兼顾全球的混合轨道IGSO星座三维结构示意图。
[0019]图2是本发明区域覆盖兼顾全球的混合轨道IGSO星座二维多星覆盖图。
[0020]图3是本发明区域覆盖兼顾全球的混合轨道IGSO星座双星覆盖时间图。
[0021]图4是本发明区域覆盖兼顾全球的混合轨道IGSO星座单星覆盖时间图。
[0022]图5是中国以及全球区域的平均通信仰角。
[0023]图6是典型地点的分集角。
[0024]图7是北京站通信时延以及时延变化率曲线。
[0025]图8是北京站通信多普勒频移以及多普勒频移变化率曲线。
[0026]图9是北京站通信自由空间传播损耗变化以及变化率曲线。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
[0028]如图1所示，本发明区域覆盖兼顾全球的混合轨道IGSO星座，包括至少5颗位于地球同步轨道上的IGSO卫星，所述至少5颗IGSO卫星分为两组，每组包含至少3颗IGSO卫星，两组间共用I颗IGSO卫星；
[0029]第一组的至少3颗IGSO卫星共用一轨道面，升交点赤经相同，平近点间相差120°，并具有相同的轨道倾角，所述3颗IGSO卫星间由固定星间链路通信连接；
[0030]第二组的至少3颗IGSO卫星具有相同的星下点过赤道经度，平近点角间相差120°，其中不与第一组共用的至少两颗IGSO卫星具有相同的轨道倾角和地面轨迹，所述第二组3颗IGSO卫星间不建立星间链路，通过调整轨道倾角使其始终对地点受限信关站可见。
[0031]所述第一组的至少3颗IGSO卫星至少有一颗对地点受限信关站可见，该组其它不可见IGSO卫星通过星间链路落地到该信关站。
[0032]所述第二组中不与第一组共用的至少两颗IGSO卫星轨道倾角相同。
[0033]所述第二组3颗IGSO卫星均具有相同的轨道倾角，且该3颗IGSO卫星星下点轨迹相同。
[0034]所述至少5颗IGSO卫星的运行周期均为一个恒星日。
[0035]例如，目标覆盖区域选为中国区域，信关站地点受限区域为中国领土范围。信关站选取在典型地点:北京(39.9° N,116.4° E)、喀什(39.5° N，76.0 ° E)以及三亚(18.2° N, 109.5° E)。
[0036]5颗IGSO卫星分为两组，每组包含3颗IGSO卫星，其中I颗IGSO卫星被两组共用。第一组3颗IGSO卫星具有相同的轨道面，轨道倾角均为70°，升交点赤经均为0°，三颗IGSO卫星真近点角间分别相差120°，波束边缘仰角均为10°。第一组与第二组共用的IGSO卫星星下点过赤道经度为110° E0第一组卫星间建立固定星间链路，同轨道面3颗卫星能够保证至少有I颗与国内信关站可视。第二组3颗IGSO卫星星下点过赤道经度均为110° E(根据中国区域选取)，其中有I颗卫星与第一组共用，轨道倾角为70°，波束边缘仰角为10°。第二组另外2颗IGSO卫星地面同轨迹，轨道倾角为48.04°，波束边缘仰角为15°，全组3颗IGSO卫星真近点角间相差120°。轨道倾角48.04°的2颗IGSO卫星能够保证始终与国内信关站可视。图1所示仅为5颗IGSO卫星，也可在此基础上增加IGSO卫星数量。
[0037]采用STK (Satellite Tool Kit)软件产生5颗IGSO卫星仿真起始时刻的星历参数如表1所示。其中，IGSOU IGS02与IGS03为第一组，波束边缘仰角均为10° ;IGS01、IGS04与IGS05为第二组，其中IGS04与IGS05的波束边缘仰角为15°。
[0038]表15IGS0仿真起始时刻的星历
[0039]
【权利要求】
1.一种区域覆盖兼顾全球的混合轨道IGSO星座，其特征在于: 包括至少5颗位于地球同步轨道上的IGSO卫星，所述至少5颗IGSO卫星分为两组，每组包含至少3颗IGSO卫星，两组间共用I颗IGSO卫星； 第一组的至少3颗IGSO卫星共用一轨道面，升交点赤经相同，平近点间相差120°，并具有相同的轨道倾角，所述3颗IGSO卫星间由固定星间链路通信连接； 第二组的至少3颗IGSO卫星具有相同的星下点过赤道经度，平近点角间相差120°，其中不与第一组共用的至少两颗IGSO卫星具有相同的轨道倾角和地面轨迹，所述第二组3颗IGSO卫星间不建立星间链路，通过调整轨道倾角使其始终对地点受限信关站可见。
2.根据权利要求1所述的区域覆盖兼顾全球的混合轨道IGSO星座，其特征在于:所述第一组的至少3颗IGSO卫星至少有一颗对地点受限信关站可见，该组其它不可见IGSO卫星通过星间链路落地到该信关站。
3.根据权利要求1或2所述的区域覆盖兼顾全球的混合轨道IGSO星座，其特征在于:所述第二组中不与第一组共用的至少两颗IGSO卫星轨道倾角相同。
4.根据权利要求3所述的区域覆盖兼顾全球的混合轨道IGSO星座，其特征在于:所述第二组3颗IGSO卫星均具有相同的轨道倾角，且该3颗IGSO卫星星下点轨迹相同。
5.根据权利要求1所述的区域覆盖兼顾全球的混合轨道IGSO星座，其特征在于:所述至少5颗IGSO卫星的运行周期均为一个恒星日。
【文档编号】H04B7/185GK103532611SQ201310488553
【公开日】2014年1月22日 申请日期:2013年10月17日 优先权日:2013年10月17日
【发明者】张更新, 张威, 谢智东, 边东明, 李永强, 张飞, 孔博, 胡婧, 孙谦 申请人:中国人民解放军理工大学