倾斜圆轨道星座
倾斜圆轨道星座的命名
RAAN
续17
N
N
Walker Delta Constellation
Ballard Rosette Constellation
23
6.2 卫星星座设计
Walker Delta星座
相邻轨道面相邻卫星的相位差概念
Orbit 1 Orbit 2
续18
Satellite flying direction Equator
SAT3-3
240
ωf
Satellite flying direction
24
6.2 卫星星座设计
Walker Delta星座
续19
星座标识法 Delta星座可以用一个3元参数组完整描述
T/P/F
T：星座卫星总数 P：轨道平面数量 F：相位因子，取值0到P-1 相位因子确定相邻轨道面相邻卫星间的相位差
1 1 2
续5

1
co-rotating orbits

1

2
counterrotating Orbits (seam)

1

1
1
1
11
6.2 卫星星座设计
极轨道星座
相邻轨道面的几何覆盖关系
顺行轨道面间的升交点经度差 1 c 逆行轨道面间的升交点经度差 2 2c 相邻轨道面相邻卫星间相位差 / S
17
6.2 卫星星座设计
近极轨道星座
续12
近极轨道星座中，顺行和逆行轨道面间的升交点经 和 度差 1 2 分别为
arcsin(sin 1 / sin i) 1 2 cos 2 cos i ) 2 arccos( 2 sin i
1 和 2 分别对应极轨道星座顺行和逆行轨 式中， 道面间的升交点经度差
2 f F T
25
6.2 卫星星座设计
续20
例6.1 某Delta星座标识为 9/3/1:10355:43。假设初始 时刻，星座第一颗卫星位于(0º E, 0º N)。计算所有星 座卫星的初始参数。 解: 星座相邻轨道面的升交点经度差为 360º /3 =120º 轨道面内相邻卫星间的相位差为 360º /(9/3) = 120º 相邻轨道面相邻卫星间的相位差为 轨道倾角 360º /9×1=40º 轨道高度
续15
倾角85º 的单重全球覆盖近极轨道星座参数
(º ) 1 103.8252 97.3951 93.9877 66.2803 64.4511 63.3170 48.3551 47.6005 47.0729 38.0816 37.7000 37.4139 31.4151
h (km), EL=10° 21063.8928 10251.5175 7743.2257 3862.0274 3111.3736 2716.6567 1908.4574 1686.6606 1541.8649 1209.8590 1110.4056 1039.4163 864.8926 21
9
6.2 卫星星座设计
极轨道星座
卫星覆盖带(Street of Coverage) 半覆盖宽度 Satellite cos flying c arccos[ ] direction cos( / S )
Re arccos cos Elmin h Re
续10
h (km), El=10º 16549.5 7650.0 5508.3 3373.5 2631.5 2252.6 1692.9 1466.2 1318.2 1077.8
16
6.2 卫星星座设计
近极轨道星座
续11
倾角接近但不等于90º ，即80 -100º 覆盖带设计方法仍然适用 极轨道星座的设计方程需要进行扩展，加入倾角因 素，以适用于近极轨道
第三代：手持系统
宽带卫星系统：Internet和多媒体通信
>2001
Spaceway, EuroSkyWay, SkyBridge, Teledesic等：支持固定、 便携或移动多媒体通信的宽带卫星通信系统
4
6.1 引言 续2
地面和卫星移动通信系统的比较
地面移动通信系统 卫星移动通信系统 覆盖范围随地面基础设施的建设 易于快速实现大范围的完全 而持续增长 覆盖
18
6.2 卫星星座设计
近极轨道星座
全球覆盖方程
续13
sin{ arccos[cos / cos( / S )]} ( P 1) arcsin sin i cos{2 arccos[cos / cos( / S )]} cos 2 i arccos 2 sin i
续4
sub-satellite point

c
/s
coverage edge of satellite
式中S是每轨道面的卫星数量
Street of coverage
10
6.2 卫星星座设计
极轨道星座
顺行/逆行轨道面和‘缝隙(seam)’ π星座 由于存在逆向飞行现象， 星座第一个和最后一个 轨道面间的间隔小于其 它相邻轨道面间的间隔
多标准，难以全球通用
蜂窝小区小，频率利用率高
全球通用
频率利用率低
提供足够的链路余量以补偿信号 遮蔽效应使得通信链路恶化 衰落 适合于人口密度高，业务量密集 适合于低人口密度、业务量 的城市环境 有限的农村环境
5
6.2 卫星星座设计
卫星星座的定义
具有相似的类型和功能的多颗卫星，分布在相似的 或互补的轨道上，在共享控制下协同完成一定的任 务
cos c arccos[ ] cos( / S )
13
6.2 卫星星座设计
极轨道星座
单重全球覆盖星座参数
P 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 5 5 6 S 3 4 5 5 6 7 7 8 9 9 10 11 11 α (º ) 66.7 57.6 53.2 42.3 38.7 36.5 30.8 28.9 27.6 24.2 23.0 22.2 19.9 ∆1(º ) 104.5 98.4 96.5 66.1 64.3 63.2 48.3 47.6 47.0 38.0 37.7 37.4 31.4
26
6.2 卫星星座设计
例子6.1 续 卫星的初始参数如下表
轨道序号 1 卫星序号 SAT1-1 SAT1-2 SAT1-3 SAT2-1 SAT2-2 SAT2-3 SAT3-1 SAT3-2 升交点经度(º ) 0 0 0 120 120 120 240 240
续21
2
3
初始弧角(º ) 0 120 240 40 160 280 80 200
续8
h (km), El=10º 20958.6 10127.1 7562.4 3888.5 3136.5 2738.6 1917.2 1694.4 1550.6 1214.6 1116.3 1044.3 868.0
14
6.2 卫星星座设计
极轨道星座
球冠覆盖条件
( P 1) ( P 1)c cos cos ( P 1) ( P 1) arccos cos cos( / S )
7
6.2 卫星星座设计
卫星星座类型
续2
极/近极轨道星座 倾斜圆轨道星座(主要有Walker的Delta星座和 Ballard的Rosette星座) 共地面轨迹星座 赤道轨道星座 混合轨道星座
8
6.2 卫星星座设计
极轨道星座
续3
在极轨道星座中：每个轨道面有相同的倾角和相同 数量的卫星，所有卫星具有相同的轨道高度 轨道倾角为固定的90º ，因此所有轨道平面在南北 极形成两个交叉点 星座卫星在高纬度地区密集，在低纬度地区稀疏 顺行轨道平面间的间隔和逆行轨道平面间的不同
φ
续9
Equator
-φ
15
6.2 卫星星座设计
极轨道星座
30º 以上单重球冠覆盖星座参数
P 2 2 2 3 3 3 4 4 4 5 S 3 4 5 5 6 7 7 8 9 9 α (º ) 64.1 53.4 48.1 39.9 35.8 33.3 28.9 26.8 26.3 22.6 ∆1(º ) 111.8 103.1 98.7 68.4 66.0 64.5 49.6 48.5 47.8 38.8第一代：模拟技术3
6.1 引言 续1
卫星移动/宽带通信的发展
第二代：数字传输技术 1988 1993 1996 1998 2003 2000 Inmarsat-C：第一个陆地移动卫星数据通信系统 Inmarsat-M and mobilesat (Australia)：第一代数字陆地移动卫星 电话系统 Inmarsat-3：支持膝上型终端的移动卫星电话系统 Iridium：第一个支持手持终端的全球性低轨移动卫星通信系统 集成了卫星通信子系统的全球移动通信系统(UMTS/IMT-2000) ASTRA：支持高速Internet接入
c
Co-rotating orbits
1
续6


c c c
2c
2 / s
Counter-rotating orbits
2
12
6.2 卫星星座设计
极轨道星座
全球覆盖条件
续7
1 c 2 2c
( P 1)1 2 ( P 1) ( P 1)c cos ( P 1) ( P 1) arccos cos( / S )