[發明專利]一種區域覆蓋兼顧全球的混合軌道IGSO星座

有效

• 申請號: 201310488553.1
• 申請日: 2013-10-17
• 公開（公告）號: CN103532611A
• 公開（公告）日: 2014-01-22
• 發明（設計）人: 張更新;張威;謝智東;邊東明;李永強;張飛;孔博;胡婧;孫謙
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍理工大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04B7/02
• 代理公司: 南京理工大學專利中心 32203
• 代理人: 吳茂杰;朱顯國

技術領域

本發明屬于衛星通信技術領域，特別是一種區域覆蓋兼顧全球的混合軌道IGSO星座。

背景技術

近年來，國外針對寬帶多媒體衛星通信系統的研發及試驗活動接踵不斷，典型的系統如Amerhis、Spaceway3、WINDS、WGS等，這些衛星寬帶通信系統均由一顆或多顆對地靜止軌道（Geostationary?Orbit,GEO）衛星構成。GEO衛星工作于距離地面高度為35786km的赤道環上，相對地面保持靜止，覆蓋范圍大，采用3～5顆GEO衛星即可實現準全球覆蓋（無法覆蓋南北兩極地區），且技術相對成熟，運行維護方便，但也存在一些問題：

1）對中高緯度地區平均覆蓋仰角較低，衰落余量大；

2）無法覆蓋全球，兩極附近存在通信盲區；

3）“南山效應”對地廣、山多的中國是一個突出問題；

4）衛星位置固定，易受干擾和攻擊；

5）軌道資源擁擠，軌道位置和頻率資源協調困難。

而根據中低軌道衛星的軌道特點，衛星軌道高度較低，雖然便于用戶終端的小型化，但其覆蓋面積遠小于GEO衛星，一般需要多顆衛星組成星座來實現較好的整體覆蓋。并且，中低軌衛星星座除建立了復雜星間鏈路的極軌星座外，難以僅靠僅靠受限區域內的信關站實現信號落地，同時衛星相對地面運動速度快，帶來通信中較大的多普勒頻移和時延變化。因此，中低軌道衛星一般不用于寬帶多媒體通信，而用于衛星移動通信和衛星導航，典型的系統有Iridium、Globalstar、Orbcomm和GPS等。

傾斜地球同步軌道（Inclined?Geosynchronous?Satellite?Orbit,IGSO）也是圓軌道，具有與GEO相同的軌道高度和周期，但具有一定的軌道傾角，在充分利用GEO優點的同時，能夠克服其高緯度區始終是低仰角的問題。IGSO衛星軌道傾角大于0度，因此，IGSO衛星的星下點軌跡在地面就不是一個點，而是以赤道為對稱軸的“8”字形，軌道傾角越大，“8”字形的區域也越大。單顆IGSO衛星對特定區域的覆蓋性能不如一顆GEO衛星。

綜上所述，由于中低軌衛星通信時多普勒頻移和時延變化大，難以用于寬帶多媒體通信，而現有GEO寬帶多媒體星座在南北兩極存在通信盲區，對中高緯度地區平均覆蓋仰角較低，衰落余量大，而單顆IGSO衛星對特定區域的覆蓋性能不如一顆GEO衛星。

因此，現有技術存在的問題是：如何能夠僅靠地點受限信關站落地，實現對目標區域的多重覆蓋，同時兼顧對全球范圍的覆蓋。

發明內容

本發明的目的在于提供一種區域覆蓋兼顧全球的混合軌道IGSO星座，能夠僅靠地點受限信關站落地，實現對目標區域的多重覆蓋，同時兼顧對全球范圍的覆蓋。

實現本發明目的的技術解決方案為：一種區域覆蓋兼顧全球的混合軌道IGSO星座，其包括至少5顆位于地球同步軌道上的IGSO衛星，所述至少5顆IGSO衛星分為兩組，每組包含至少3顆IGSO衛星，兩組間共用1顆IGSO衛星；第一組的至少3顆IGSO衛星共用一軌道面，升交點赤經相同，平近點間相差120°，并具有相同的軌道傾角，所述3顆IGSO衛星間由固定星間鏈路通信連接；第二組的至少3顆IGSO衛星具有相同的星下點過赤道經度，平近點角間相差120°，其中不與第一組共用的至少兩顆IGSO衛星具有相同的軌道傾角和地面軌跡，所述第二組3顆IGSO衛星間不建立星間鏈路，通過調整軌道傾角使其始終對地點受限信關站可見。

本發明與現有技術相比，其顯著優點：

1、在區域多星覆蓋的同時能夠兼顧對全球的覆蓋：能夠對中低緯度地區實現很好的多星覆蓋，在多星重疊覆蓋區內能夠提供良好的分集效果；在各緯度區域都具有很高的平均通信仰角，能夠對南北兩極地區提供100%時間覆蓋；譬如，IGSO混合軌道星座中第一組同軌道面IGSO衛星軌道傾角為70°，第二組地面同軌跡IGSO衛星軌道傾角為48.04°時，能夠對全球50.15%的區域提供100%時間覆蓋，對全球99.47%的區域提供80%以上時間覆蓋，能夠對全球100%的區域提供77.2%以上時間覆蓋；

2、多普勒頻移與時延變化小：由于IGSO衛星相對地面運動，星地通信存在一定的多普勒頻移與時延變化，但混合軌道IGSO衛星星座中的多普勒頻移與時延變化相比低軌系統要小很多。譬如，當各IGSO衛星軌道傾角為70°時，對于30GHz的載波頻率，多普勒頻移通常小于60kHz，多普勒頻移變化率通常小于6Hz/s，時延變化率通常小于2×10-3ms/s。