导航星座

摘要： 航天器集群精密协同控制技术,是我国航天领域具有挑战性和重要性的关键核心技术问题,也是突破航天器集群系统控制技术实用化、战术化、智能化的瓶颈,是完成“从0到1”跨越的必经之路。同时,集群精密协同的关键技术作为一项基础通用的空间领域高精尖技术,在空间科学探测、中继导航星座、星群协同态势感知等诸多航天领域有着广泛且重要的应用前景,属于发达国家对我国长期严密封锁关键技术。

摘要： 针对北斗系统加入低轨增强星座后的高中低混合星座特点,为了满足下一代导航星座主要的星间链路业务需求,提出了一种分级规划的混合星座星间链路规划方案。优先为激光星间链路的MEO、LEO、MEO-LEO建立拓扑,基于此拓扑提出了时分体制的分组拓扑规划算法。针对导航星座高中低速混合星间网络不同体制的路由提出了2种不同的改进路由算法,并对混合体制星间链路进行了仿真和规划。对规划结果进行了统计分析,验证了混合网络规划方法的正确性和混合网络在低轨监测数据回传、层间数据传输、导航信息上注3个典型导航业务场景的数据传输效能。低轨监测数据回传和连续体制节点导航信息上注时延均在1 s之内,在94%的时间里有5~8条层间星间链路,时分体制节点在92%的时间里可以在12 s内完成上行注入,为下一代导航系统规划设计提供参考建议。

摘要： 针对中轨道Walker导航星座的备份策略问题,设计与实现了中轨道Walker导航星座备份策略分析仿真软件。软件由卫星可靠性分析模块、星座备份策略分析模块以及在轨备份星轨位设计模块组成。详细介绍了软件各组成模块的功能特性和关键技术,并给出了软件的应用实例。该软件能有效模拟卫星部件随机故障的动态行为,可为导航星座备份策略分析提供更为准确的卫星可靠性模型,支持对不同备份策略进行评估分析,从而获得不同条件下的最优备份策略,同时可对备份策略中在轨备份星轨位进行优化设计,可推广应用于其它卫星星座备份策略分析评估。

摘要： 导航星座星间链路是我国首个网络化的星间链路,文章结合导航星座星间链路运行管理的实践,明确了星间链路运行管理的概念、内涵、功能等;从导航星座星间链路运行和管控的特点出发,对运行管理的模式及各模式下的场景进行了精细化设计和定义;分析了导航星座星间链路运行管理模式之间、场景之间的转化关系和转化条件,明确了各种模式下星间链路运行管理的重点内容.通过选取常规服务模式下节点故障处置恢复事件进行分解,证明星间链路的精细化运行管理有力地支持了导航星座的高效稳定运行.此外,基于导航星座星间链路运行管理的经验,提出了星间链路运行管理的一体化、网络化、服务化的发展方向.

摘要： 导航星座时分轮询建链体制星间链路与非时分固定建链体制传统星地链路,数据交互机制区别显著,不利于导航星座与地面联合数据交互的高效实现.提出利用与星间链路信号体制一致的星地链路,将星间链路范围扩展至地面,以少量的地面站资源和统一的网络规划,实现星间、星地链路数据传输处理机制统一化以及网络资源调度管理一体化的方法,可支持全球导航系统星-星-地数据的高效精准交互.制定了地面节点设计部署方案和星-星-地一体化资源调度方案;指出一体化网络拓扑规划的核心是境内卫星的建链目标分配,并给出境内卫星建链目标的优化排序方法和排序优先级策略;以最短路径路由方式为代表,定义了按照时间前向搜索传输路径的路由规划方法.通信性能仿真结果表明,相比于使用传统固定建链体制的星地链路,该方式下进行导航星座与地面数据交互的前向接入数据容量和传输时延等性能有明显提升.

摘要： 2018年4月12日,印度成功发射了第8颗导航卫星IRNSS-1I,完成印度区域卫星导航系统(IRNSS)空间段的部署.目前IRNSS共有8颗在轨卫星,其中7颗卫星用于发送导航信号,一颗星载原子钟失效的卫星IRNSS-1A用来播发短报文.介绍了IRNSS的导航卫星的发展历程;导航星座的特点;发展计划及INRSS的定位精度.

摘要： 对采用时分多址轮询建链体制的导航星座星间链路网络,为了指导星间链路网络地面前向数据接入的应用,分析了不同地面前向数据接入方式的星-星-地联合数据交互机制及其对网络通信性能的影响,并结合应用代价给出了综合评价和使用建议.以前向数据最快路径接入方式和固定节点接入方式为代表,分析了星间链路网络与地面间星-星-地联合数据交互机制的特点,明确了两种方式下星间链路网络拓扑路由规划策略的制定原则.通过构建Walker 24/3/1导航星座星间链路网络数据处理模型及典型星地运行场景,对两种地面前向数据接入方式仿真分析了星间链路通信容量和传输时延等网络通信性能,比较分析了通信容量及数据拥塞规律,得出前向数据最快路径接入方式相比于固定节点接入方式在通信性能上有较明显优势的结论.最后,综合给出了两种星-星-地联合数据交互机制的应用性评价,同时给出了在通信容量较低且通信时延要求不高、但可靠性要求较高的应用条件下,可适度采用固定节点接入方式的建议.

摘要： Considering the built Beidou satellite navigation system,constellation performance and recon-figuration methods of satellite navigation system with satellite failure are studied.The service performance of navigation constellation under different failure modes is analyzed;then the optimization model of naviga-tion constellation reconstruction configuration and the optimization design method of navigation constella -tion reconstruction configuration based on genetic algorithm are established.Maneuver strategy and ma-neuver model of the satellite are studied during the reconstruction of constellation configuration;finally,a specific failure situation is simulated,the maneuver scheme of reconstruction under this failure condition is given.%以建成后的北斗卫星导航系统为对象,研究导航星座中有卫星失效下的星座性能和重构方法.分析不同失效模式下导航星座的服务性能,在此基础上建立导航星座重构构型的优化模型和基于遗传算法的导航星座重构构型优化设计方法;研究星座构型重构过程中卫星的机动策略和机动模型;针对某一具体的失效情况通过仿真计算验证重构模型的有效性和准确性并给出该失效情况下构型重构的机动方案.

摘要： 导航星座通过星间链路将独立的导航卫星连接成网,通过星间的双向时间比对获得统一的全网基准时间,进而可为全球用户提供更高精度的定位服务.为更好地发挥导航星座全球覆盖的优势,星间链路在满足导航系统自身需求之外还可提供一定的数据传输服务.本文以GPS和GLONASS系统为例,首先介绍其星间链路的特点、功能定位与技术指标,其次对其采用的星间时频传递的原理进行了分析并对星间测距的精度进行了定量分析与仿真,最后总结了现有卫星系统星间链路的面临的问题并展望了其可能的发展趋势.相关结果可为我国下一代北斗导航星座新型星间链路的目标论证提供重要参考.

摘要： 随着航天活动和空间探索活动的深入,构建空间互联网络的需求日益显著.空间互联网络能够为各类空间用户的业务需求提供服务支持,也能为地面任务中心更好的实现航天器在轨管理和航天信息综合利用提供保障.本文对卫星导航系统的技术特点特进行分析,利用STK仿真软件构建空间网络仿真环境,对导航星座与各类轨道航天器及地面站的可视性进行计算分析,在此基础上,提出利用导航星座星间链路构建空间互联网络,对该网络的体系架构进行初步设计.

摘要： 导航星座薄弱环节的分析与确定是制定星座备份策略,确保系统连续稳定运行的前提.本文提出运用服务可用性建模进行星座薄弱环节分析的方法,利用马尔科夫链建立结合卫星固有可靠性和在轨服务中断的单星可用性模型,利用组合数学和全概率公式建立星座可用性模型,结合星座值(CV)模型构建系统服务可用性模型.以区域导航星座为仿真分析对象,计算各颗卫星对服务可用性的贡献程度,采用穷举法查找星座薄弱环节,为工程决策提供支撑.

摘要： 从融合导航的角度研究了自主导航新技术——脉冲星导航技术在导航星座自主导航中的应用.基于脉冲星和星间链路的观测特点,设计了双速采样动静态组合滤波器;在分析基于脉冲星定位精度的基础上,提出了脉冲星辅助导航星座自主导航方法;将设计的组合滤波器用于融合导航方法中,提高了星座长期自主导舷精度.

摘要： 以由GEO+IGSO+MEO卫星构成的导航星座为背景,研究和分析了具有星间链路的导航星座测控需求和测控任务的描述方法,针对测控需求,建立了相应的约束条件数学模型.通过实例证明了提出的约束模型能够用于描述导航星座测控需求并调度其测控链路.

摘要： 导航星座星间链路通过双向测距改善了定轨处理所需观测量的几何分布，实现了星间时间同步，对导航系统自主运行和精度提升具有重要作用。本文分析了存在伪距测量误差、测量卫星本身位置误差及钟差下的星间链路多星TOA定位误差的CRLB界，提出了一种导航星座星间链路GDOP特性分析方法。该方法定量描述了星间链路观测量的充分性和有效性对定轨的影响，能够量化星间链路的观测拓扑效果及其下界。针对北斗二代星座构型仿真计算了在不同天线安装约束下观测观测多颗卫星时星间链路GDOP随最大可作用距离约束时的变化情况，给出了仿真数据及分析结论。

摘要： 导航星座构型变换的重构控制策略优化设计是一个控制时间、推进剂消耗、性能提升及重构控制对性能的影响等多方面综合权衡的过程,同时也是一个多目标与多约束条件下的多目标优化问题。设计了基于多目标进化算法NSGA-Ⅱ的星座最优重构控制策略,以Walker-δ构型导航星座为例进行了不同失效模式下星座构型重构控制策略的优化设计,并对不同重构方案的优劣进行了比较分析,得到了导航星座重构控制策略的最优方案,验证了方法可行性与有效性。

摘要： 自主确定星座卫星的轨道一直是航天应用中迫切需要解决的一个问题，而这个问题的解涉及非线性系统的估计技术。当前应用于卫星轨道确定的估计算法大多为线性化的滤波方法，而非线性滤波技术的应用尚需进一步的研究。文中针对星座自主定轨对精确性、实时性和计算量的要求，研究基于超球面分布采样点变换(Spherical sigma-point UnscentedTrans-formation)UKF(简称SSUKF)的导航星座自主定轨算法，并在此基础上分析了滤波参数对定轨性能的影响。仿真结果表明，所采取的算法减少了星载计算机约50％的计算负担，同时保证了与标准UKF相当的估计精度和收敛速度，具有实现简单、计算效率高的特点，为非线性滤波算法在导航星座卫星自主定轨中的应用提供了一种可行方案。

摘要： 本文针对一种新型的导航星座，对星座的构型演化进行了分析，分析了星座中卫星轨道演化的规律，仿真计算了构型演化对星座导航定位精度的影响，给出了星座的保持策略，并对不同的保持策略进行了分析比较，给出了结论及建议。由于地球非球形、日月引力摄动的影响，GEO卫星会产生倾角摄动和定点位置的东西方向漂移，IGSO卫星升交点经度产生漂移、轨道倾角产生摄动以及偏心率产生长周期摄动，MEO卫星轨道倾角、偏心率和相位产生长期摄动。IGSO卫星相对相位和绝对相位在一定时间内变化呈线性变化，MEO卫星相对相位和绝对相位变化呈线性变化。以上这些变化使得星座的最优几何构型发生变化，从而使得星座的导航定位精度下降。针对不同类型轨道演化的特点，提出了不同的构型保持策略。(1)GEO卫星可以采用传统的绝对位置保持策略。(2)IGSO卫星，在卫星寿命期间对于倾角和偏心率不作保持。对于升交点经度的保持可以采用绝对保持策略。对于相位保持可采用相对相位保持策略。(3)MEO卫星，对于倾角和偏心率不作保持，对于相位保持既可以采用相对相位保持策略，也可以采用绝对相位保持策略，并对两种保持策略进行了分析比较。本文的结果可为工程实际提供参考。

摘要： 利用星间测距和通信实现自主导航是新一代导航星座的发展方向。为了在卫星之间传递自主导航数据、卫星工程和导航业务数据等,需要研究导航星座卫星之间的路由技术。本文对星间链路采用窄波束天线、空分多址信道复用方式的导航星座路由技术开展了研究,针对静态路由不能处理卫星和链路失效,而传统的动态路由计算量大,星上资源难以承受等问题,提出了一种地面站集中式动态路由算法,使用OPNET软件对本算法进行了仿真。仿真结果表明：本文提出的算法卫星或链路失效的情况,重新生成新的路由表,有效降低丢包率。在窄波束导航星座中采用地面站集中式动态路由算法,路由算法计算量小,易于在卫星上实现,可满足导航星座系统对自主导航和通信等数据传输需求。

摘要： 本发明公开了一种适用于自组织星座的星座导航方法，属于星座导航的技术领域。针对自组织星座无法在卫星运行过程中不间断实施星间通信的问题，利用星座中的单星自主导航和间断性的星间测量信息融合技术，对自组织星座进行自主导航，提高了星座的导航精度，减少了导航过程中的计算量，解决了自组织星座受卫星轨道不规则约束导致的导航受限问题。

摘要： 本发明提供了一种星上可用的北斗卫星集中式星座自主导航系统及导航方法，由于星上处理能力的限制，北斗卫星采用分布式算法实现星间链路自主定轨。由于分布式定轨算法只能得到局部次优解，为进一步提升北斗卫星自主导航算法精度，本发明对北斗卫星整网集中式定轨算法在轨实现方法开展研究。设计了基于推广卡尔曼滤波算法的整网集中式定轨算法，并设计了算法的在轨实现流程。最终利用北斗卫星星上使用的龙芯1E300处理器对算法精度及工程可行性进行了评估。仿真结果表明，整网集中式算法精度优于分布式导航算法。且通过在龙芯1E300处理器上仿真验证可知，集中式导航算法已具备星上使用条件。

摘要： 本发明提供了一种星座同轨道面卫星自主导航方法及导航系统，包括：星座中的每个轨道面内均设置一颗主卫星及多颗子卫星，通过主卫星对轨道面内各子卫星获得的双向测距信息集中处理，得到轨道面内各卫星的导航信息；各子卫星采用Ka星间链路实现本星与他星的星间测距，子卫星通过切换Ka天线相控阵相位实现与周围卫星的切换建链测距，获取本星与同轨道面各卫星的星间测距信息，以及本星与异轨道面卫星的星间测距信息；各子卫星上安装的星载激光终端采用激光链路与同轨道相邻两星建链，实现同轨道面内各卫星间的高速数据通信；同轨道面内各子卫星将信息传入主卫星中，主卫星利用同轨区域集中式导航算法实现轨道面内各卫星的精确定轨。

摘要： 本申请提供了一种基于低轨卫星星座和C波段联合导航信号的卫星导航系统和方法，其中，低轨卫星星座向用户接收机提供C波段联合导航信号进行定位导航。根据本申请能够提供一种基于低轨卫星星座和C波段联合导航信号的卫星导航系统和方法，服务范围更广、可用性更强。

摘要： 本发明公开了一种适用于自组织星座的星座导航方法，属于星座导航的技术领域。针对自组织星座无法在卫星运行过程中不间断实施星间通信的问题，利用星座中的单星自主导航和间断性的星间测量信息融合技术，对自组织星座进行自主导航，提高了星座的导航精度，减少了导航过程中的计算量，解决了自组织星座受卫星轨道不规则约束导致的导航受限问题。

摘要： 一种紧组合导航系统多星座选星方法及导航方法，涉及组合导航技术领域，包括S1：统计各星座可见星数量；若该星座的可见星数量大于4颗，则依次执行S2～S4的剔除操作；S2：剔除高度角过低的可见星；S3：剔除受天气与多路径效应影响较大的可见星；S4：剔除对卡尔曼滤波器量测方程能观性影响较大的可见星，若剩余可见星数量大于10颗，则继续后续步骤；S5：将剩余可见星分为三组；S6：从高仰角区域中选出高度角最大的可见星加入选星序列；S7：从低仰角区域中选出3颗可见星加入选星序列；S8：从中仰角区域中选择可见星加入选星序列；S9：采用分布式最佳几何精度因子选星方法完成选星。本发明能够解决紧组合导航中星座最优构型与实时性之间的矛盾。

摘要： 本发明提供了一种星上可用的北斗卫星集中式星座自主导航系统及导航方法，由于星上处理能力的限制，北斗卫星采用分布式算法实现星间链路自主定轨。由于分布式定轨算法只能得到局部次优解，为进一步提升北斗卫星自主导航算法精度，本发明对北斗卫星整网集中式定轨算法在轨实现方法开展研究。设计了基于推广卡尔曼滤波算法的整网集中式定轨算法，并设计了算法的在轨实现流程。最终利用北斗卫星星上使用的龙芯1E300处理器对算法精度及工程可行性进行了评估。仿真结果表明，整网集中式算法精度优于分布式导航算法。且通过在龙芯1E300处理器上仿真验证可知，集中式导航算法已具备星上使用条件。

摘要： 本发明提供了一种星座同轨道面卫星自主导航方法及导航系统，包括：星座中的每个轨道面内均设置一颗主卫星及多颗子卫星，通过主卫星对轨道面内各子卫星获得的双向测距信息集中处理，得到轨道面内各卫星的导航信息；各子卫星采用Ka星间链路实现本星与他星的星间测距，子卫星通过切换Ka天线相控阵相位实现与周围卫星的切换建链测距，获取本星与同轨道面各卫星的星间测距信息，以及本星与异轨道面卫星的星间测距信息；各子卫星上安装的星载激光终端采用激光链路与同轨道相邻两星建链，实现同轨道面内各卫星间的高速数据通信；同轨道面内各子卫星将信息传入主卫星中，主卫星利用同轨区域集中式导航算法实现轨道面内各卫星的精确定轨。

摘要： 一种基于平动点导航星座的月球区域导航增强方法，属于导航技术领域。本发明中的导航星座由不同数量的平动点导航卫星构成，从L1、L2、L4、L5平动点附近的周期轨道中选择部分或全部的轨道作为导航星座运行的轨道。在此导航星座中增加不同数量的月面基站，联合平动点卫星改善星座的观测几何，增强测距信号，提高整个导航星座的自主定轨精度，解决月面基站在地月会合坐标系下定位精度不够高的问题，其主要目的是提供月面区域性高精度的导航功能。本发明旨在能够提供高精度定位的月面基站，并基于月面基站实现月面区域高精度导航，为未来月面运动物体的资源开采、月面巡视等功能提供一种新型的导航服务。

摘要： 一种导航星座自主导航电文系统差检测与处理方法，针对导航星座组网运行下自主导航电文系统差，根据北斗系统自身特点和参数，计算获取了影响自主导航电文系统的因素，提出了降低该因素影响的解算方法，解算误差因素改正项并补偿在输入数据中，重新进行自主导航电文解算，星历、星钟的系统差均得到有效改善，能显著提升自主导航服务性能。