Walker-δ星座星间链路的预算分析与仿真

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1、中国空间科学技术篁堑呈塞!竺篁呈皇竺皇量竺!呈呈!皇呈呈!!呈竺垒竺皇!皇堡兰篁!塑Walker一艿星座星间链路的预算分析与仿真韩松辉“2归庆明2(1信息工程大学测绘学院，郑州450052)李建文1杜院录2(2信息工程大学理学院，郑州450001)摘要为确定星间链路其他传输耗损以及合理发射功率，首先，在方位角、俯仰角的变化范围较小，平均距离较小和距离变化范围较小的情况下，给出Walker一占星座星间链路的建立准则。然后，详细讨论星座星间链路的预算分析和自由空间传输耗损及其他传输耗损，并给出这些传输耗损的参

2、考值或求解公式；特别是提出以数据传输速率的数学期望等于额定数据传输速率为条件来确定合理发射功率的方法，并推导数据传输速率方差的计算公式。最后，在仿真算例中，分析Walker27／3／1星座中星间链路的方位角、俯仰角和距离的变化范围，讨论不同载波频率和不同数据传输速率对星间链路发射功率的影响，并给出了合理的发射功率。关键词星间链路传输耗损发射功率Walker一6星座DOI：10．3780／1．issn．1000—758X．2012．02．0021引言在目前常用的Walker一6星座系统中，借助星问链路进行信

3、息传递已经成为一种发展趋势，各大全球导航卫星系统(GNSS)都在发展或规划着自己的星问链路口卫J。星间链路的传输性能决定着整个星座性能的好坏。数据传输速率是决定星间链路发射功率的主要因素，所以设计和建立星间链路时首先要分析如何根据额定的数据传输速率来确定合理的发射功率，进而有效利用链路资源，使信息传输性能最优化。目前，对于星地链路的预算分析和传输性能的研究较多．对于星问链路的预算分析方面的研究则相对较少。文献[3]对低轨卫星之间星间链路的发射功率、天线增益和数据传输速率进行了仿真分析。文献[4]分析了相互

4、独立的卫星之间可建立星间链路的概率，并讨论了平均数据传输速率的求法。文献[5]分析了用户星轨道高度对中继星与用户星之间星间链路性能的影响。文献[6]给出了Walker-占星座相邻轨道上两颗卫星之问距离的变化特点，由此分析了星问链路的自由空间传播衰减、载噪比和误码率的特点。文献[7]分析了选择工作频率的标准，星问链路的自由空间传播衰减、载噪比等特点，并在Walker一艿星座中给定工作频率和星间距离的条件下，进行了星问链路的预算分析。文献[8—9]均讨论了卫星的发射功率和天线尺寸对星间链路数据传输速率的影响．

5、并给出了天线指向误差对信道上的比特能量噪声密度比的影响。但是这些文献均是先给出发射功率，再分析星问链路的传输性能，进而对发射功率的大小进行调整。目前，没有学者给出在额定数据传输速率条件下直接确定发射功率的理论方法。另外，对于星地链路馈线耗损、极化耗损、指向耗损、大气层和电离层耗损，以及降雨耗损等其他传输耗损的研究比较多，而对星间链路的其他传输耗损国家自然科学基金(40974009，41174005)，河南省科技创新人才计划，郑州市科技计划攻关项目(0910SGYG21198)．中国卫星导航学术年会青优基金

6、资助项目收稿日期：2011-0720。收修改稿日期：2011-10—192012年4月中国空间科学技术只讨论了指向误差耗损，需要进一步全面分析星问链路的其他传输耗损。本文从星间链路没计和预算角度出发，讨论Walker一8星座的星问链路预算，研究成果可为星座构型设计和现有星座星间链路传输预算分析提供参考。2Walker一艿星座及其星问链路的建立Walker一8星座中各卫星的地位是相同的，属于分布式拓扑，并具有对称性，是全球纬度带覆盖最有效的星座，大多星座系统都采用该构型。星座中星问链路的建立主要受星间距离、

7、方位角和俯仰角影响。星问链路的方位角、俯仰角和距离值的变化范围越小，平均距离值越小，则星间链路的传输性能就越好。所以本文提出如下准则建立Walker一6星座的星间链路：1)同轨道面内，相邻的卫星之间建立星间链路；2)相邻轨道面之问，在距离最短、方位角和俯仰角变化范围最小的卫星之问建立星问链路；3)同轨道面内，相邻卫星星问链路的方位角和俯仰角值，尽量包含在相邻轨道面之问星间链路的方位角、俯仰角的相应变化范围之内。按以上准则建立的星间链路是4一连通的。3星间链路的预算分析设卫星A的发射功率为P。，发射天线增益

8、为G。，卫星B的接收天线增益为G，，接收到的信号功率为P，，自由空间传输损耗为L，则卫星B接收到的信号功率P，为[10]P。一肇迪(1)式中自由空间传输损耗L一(4nd／A)2一(4ndf／c)2，d和，分别为卫星A、B之间的距离和载波频率，A为载波波长，c为光速；G。=4riD2A2，D为天线直径；G，=俨2D2／A2，叩为天线效率。由公式(1)可以看出，工作频率的选择对于星间链路非常重要。美国GPS导航系统采用UHF频段的