基于stk的微纳通信卫星星座设计

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1、基于STK的微纳通信卫星星座设计孟凡坤党同心张俊华(解放军信息工程大学信息工程学院，郑州450002)摘要：微纳卫星及其星座设计是卫星移动通信的一个重要发展方向和热点领域．本文阐述了微纳通信卫星的概念和应用，对通信卫星星座设计进行了介绍，提出了基于STK的区域覆盖星座设计方法，结合指定区域进行了实例仿真，给出了优化结果并进行了总结和展望．关键词：微纳卫星，星座设计，STK，遗传算法Micro—NanoCommunicationConstellationDesignBasedonSTK．MengF鲫k吼DangTongxinZhangJunhua(InformationEngin

2、eeringUniversity,Zhengzhou,450002，China)Abstract：Micro-mnosatelliteconstellationdesignis砸importantresearchfieldofsatellitemobilecommtm／cation．Thepaperintroducestheconceptandapplicationofmicro-nanocommtm／cationsateui魄discussesthecommunicationconstellationdesignmethods．Thepaperputforwardaregio

3、nalcoverageconstellationdesignmethodbasedonSTK,andgiveasimulationresultofaparticularregion．ConclusionismadeFinally．KeyWords：Micro-NanoSatellite；ConstellationDesign；STK；GeneticAlgorithm1微纳卫星概述根据星体的重量对卫星进行分类，一般将500．qoookg的称为小型卫星：100--500kg的称为超小卫星；lO～lOOkg的称为微型卫星；l～lOkg的称为纳卫星：0。1~Ⅱ昭的称为皮卫星。其中从19

4、85年至2003年仅微纳卫星就发射了210多颗，占到所有发射的小卫星的80％。随着计算机、微纳技术及微机电技术的迅速发展，卫星有效载荷的尺寸显著减小。国际航天界在20世纪末出现了微纳卫星研究热潮。微纳卫星具有功能密度与技术性能高、投资营运成本低、灵活性强、系统建设周期短、风险小等优点，并可进一步以分布式的星座来实现目前大卫星难以实现的某些任务。微纳卫星可广泛应用于数据通信、数据传输、环境监测、导航定位、科学试验等诸多领域。因此不仅美、俄，甚至瑞典、日本、以色列、巴西、南非等国家，以及～些大学实验室都在研制并发射了微纳卫星，因此有人称微纳卫星叫“大学卫星”。微纳卫星有两个主要应用

5、方向：一是单颗专用功能卫星，用于执行对地观测和测绘、’科学试验以及特殊军事任务等；二是以组网和编队飞行的方式协同工作，组网或编队后卫星群的性能不亚于单颗大型卫星，而且还可以产生新的应用。组网方式在完成单星研制、·发射和应用试验后将成为微纳卫星的重点发展方向。利用微纳卫星组网，建立一个完全覆盖本土及周边地区，并在全球使用的现代通信体系，电538’可以与现有地面通信、同步卫星通信系统结合在—起，在现代民用／军事通信中发挥重要作用，主要表现在下列方面：1)把语音、多媒体、短数据等通信业务综合在—起，在全球范围内进行存储转发，同时与其他地面、空间的通信手段相结合，建立完整的国家指挥中心

6、、各级战略战术指挥机构及战场通信联络体系，通过此体系直接获得各种重要的数据和信息。2)通过装备到基层甚至单兵的手持移动数据通信终端，对移动物体进行跟踪控制和远端数据采集。3)建立统一的军事设施、战场环境、侦察情报等数据的采集系统，作为对车、船、坦克和飞机等运输工具定位跟踪及状态报告的手段。．2通信卫星星座设计微纳卫星组网就是要通过星座设计构建确定结构和形状的星座．对于通信卫星，无论是军用还是商用，星座设计的原则都是首先要满足卫星应用的要求，即保证全球或某一指定区域能够被卫星以一定的时间和空间覆盖或保证全球或区域用户得到满足时空要求的通信支持。由于不同轨道类型(圆轨道、椭圆轨道、

7、太阳同步轨道、回归轨道等)和轨道高度(LEO、MEO、瑚巳O)决定着不同的覆盖效能，所以首先需要针对不同的航天任务类型和覆盖要求确定不同的轨道形式，对不同轨道卫星地面覆盖效能进行分析．对于通信卫星，需考虑地面站天线最小接收仰角的限制，及地面站天线与卫星连线的水平夹角至少不能低于5。．对于全球覆盖和纬度带覆盖，目前可以采用walker星座均匀组网的形式进行，而对区域性覆盖星座目前还没有通用的经典设计方法。区域覆盖星座的设计涉及多个特征点和多项优化指标，是一个典型的多目标优化问题，因此难以用解析