卫星平台振动及轨道预报误差对星间链路捕获影响的分析及仿真

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在卫星通信系统中,捕获技术是两卫星之间建立通信链路的必要前提,捕获过程是实现两个卫星终端之间天线视轴的相互对准,因此捕获技术对于卫星通信至关重要。通常情况下链路时间是有限的,为了尽快传输更多的信息,应该尽量缩短捕获完成的时间。而空间中,星间链路的捕获受到卫星平台振动和卫星轨道预报误差的影响,因此优化研究捕获技术十分有意义。基于这样的课题背景需求,本文展开了卫星平台振动及轨道预报误差对星间链路捕获影响的分析研究。首先在卫星平台振动条件下对星间链路捕获技术研究,将卫星平台振动对扫描不确定区域的影响量化为初始偏移角的标准差,对扫描步长的影响量化为振动补偿因子分析,然后引出单场扫描和多场扫描并分析了相应的捕获成功概率和多场扫描的平均捕获时间,建立了步进扫描和快速扫描两种扫描策略并分别分析了不同扫描策略下的时间间隔和时序图。然后对星间运动轨迹进行了的分析和仿真,轨道预报误差会影响星间运动轨迹进而影响捕获性能。验证了所设定的扫描不确定区域的有效性,捕获技术的可靠性以及捕获方案的可行性,介绍了卫星轨道参数的相关基础知识以及卫星轨道两行星历的读法规则,分析了轨道预报误差来源。然后为了仿真更加真实的空间捕获环境,MATLAB联合STK对两卫星终端星间运动轨迹进行分析,考察卫星终端之间的相对运动对于卫星通信星间链路捕获的影响。分析了在所设定的捕获方案之下,单一轨道根数误差及多变量轨道根数误差对于捕获性能的影响。最后是在卫星平台振动情况下对捕获性能的仿真分析,首先在考虑卫星平台振动的情况下对扫描方式进行具体建模,在保证捕获概率的前提下,优化研究捕获技术尽量减少捕获场次,缩短捕获时间。而捕获时间与扫描步长、扫描不确定区域、通信距离以及执行设备带宽等多方面因素相关,需要根据系统重要参量对捕获时间的影响来选取相应的捕获策略缩短捕获时间。在卫星随机振动环境下,分析各个参量对平均捕获时间的作用,推导了最优扫描不确定区域,最后利用Monte Carlo试验方法来验证捕获模型的合理性。
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