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地球同步轨道通信卫星的轨道管理应用研究

作　者: 刘强
导　师: 寿国础
学　校: 北京邮电大学
专　业: 电子与通信工程
关键词: 地球同步轨道通信卫星测距侧音测距系统无模糊距离位置保持轨道修正
分类号: TN927.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

地球同步轨道通信卫星的轨道管理是通过轨道测量、轨道确定和轨道保持(机动)完成的。卫星轨道测量也称为测距。我国现行的测控体系为统一载波测控系统,主要利用多侧音进行测距。对于地球同步轨道通信卫星,一个难点是远距离测量的侧音测距系统最大无模糊距离受到侧音信号最低频率的限制,以及卫星在轨道中的精确定点保持。在攻读研究生学位期间,我一直在中国东方通信卫星有限责任公司从事卫星测控工作。参与了多颗通信卫星实在轨运行维护,并针对地球同步轨道通信卫星轨道的管理进行了较为深入的研究。本文对有效地提高侧音测距系统的最大无模糊距离提出了具体的解决方法。根据测距数据,利用卫星与参考点之的距离、角度、径向速度和时间标志等参数推算出其运行轨道,又从工程应用的角度详尽地介绍了同步通信卫星在定点位置漂移的原因及计算方法,以我国在轨运行的“中国卫星X号”卫星为例,给出了大量工程实测数据,并通过E/W轨道修正区间(窗口)划分给出了轨道定点保持实施方法。文章安排：第二章以“中国卫星X号”应用为例,通过对测距方案分析,测距系统操作过程的描述,分析测距误差及消除误差的措施,详细阐述了侧音测距技术。第三章研究了侧音测距低频侧音信号的产生,通过折叠音技术,互补音技术提高侧音测距系统的测距精度和最大无模糊距离进行了详细的描述和分析。第四章以我国在轨运行的“中国卫星X号”卫星为例,详尽地介绍了同步通信卫星在定点位置漂移的原因及计算方法。第五章从卫星平经度漂移量、测站定轨精度、星载推进器推力误差、卫星南北机动对东西方向耦合等多方面探讨了同步轨道通信卫星E/W轨道保持方法,介绍了一种如何细化轨道控制区间,估算偏心率控制圆半径范围的方法。1、在多侧音测距中,利用DDS产生任意频率的正弦波信号,解决了低频侧音信号的产生问题；对于低频信号侧音信号干扰载波锁相环的问题,使用折叠音技术将侧音频率搬移载波环带宽之外；对于多路侧音占用频率带宽大、有效带宽小的问题,通过使用互补音来解决。最后,通过侧音电路复用,避免了增加设备量,就有效增加了最大无模糊距离,提高了测量精度。2、分析地球同步轨道通信卫星在轨漂移因素得出由于轨道修正容差区间1在控制窗口东、西两端的不对称性,如图5-1所示,导致在定点中心东、西两侧的偏心率控制区间2也存在东边大,西边小现象。根据“木桶原理”最短边决定整体性能的特性推出相应的最小偏心率控制圆半径为149μ。为了减少偏心率控制,通过试验提出了两套控制方案。A、适度平移卫星定轨中心Ls的方法。如5-4所示,我可以将Ls向东平移0.004651。,这样可以使偏心率控制区间2对称达到0.01318°相应的最小偏心率控制圆半径扩大到230μ。B、如果采用只要卫星漂移到西边界就做一次△V修正方法,充分使用东侧偏心率半震荡区间0.01783°这样相应的偏心率控制圆半径还可以进一步放宽到311μ。

全文目录

摘要  4-6
Abstract  6-11
第一章绪论  11-19
  1.1 研究背景  11-12
  1.2 测距方法  12-13
    1.2.1 光学测距  12
    1.2.2 无线电测量方式  12-13
  1.3 地球静止卫星的轨道确定  13-14
  1.4 地球静止卫星的轨道保持  14-17
    1.4.1 轨道要素  14-16
    1.4.2 轨道保持  16-17
  1.5 研究工作介绍  17
  1.6 论文结构  17-19
第二章多侧音测距  19-28
  2.1 侧音测距的基本原理  19-20
  2.2 "中国卫星X号"卫星测距方案分析  20-22
  2.3 "中国卫星X号"卫星测距系统操作过程  22-25
  2.4 测距误差分析及消除误差的措施  25-26
    2.4.1 无线电测距系统的精度要求  25
    2.4.2 误差来源  25-26
  2.5 本章小结  26-28
第三章提高侧音测距系统的测距精度和最大无模糊距离  28-35
  3.1 侧音测距无模糊距离  28-29
  3.2 关键技术  29-33
    3.2.1 低频侧音信号的产生  29-30
    3.2.2 折叠音技术  30-31
    3.2.3 互补音技术  31-32
    3.2.4 侧音电路复用  32-33
  3.3 测试结果  33-34
  3.4 本章小结  34-35
第四章地球同步轨道通信卫星轨道保持方法  35-54
  4.1 卫星位置漂移原理  35-45
    4.1.1 卫星东西方向漂移  35-38
    4.1.2 东西漂移参数计算  38-41
    4.1.3 卫星南北方向漂移  41-43
    4.1.4 卫星星下点漂移情况  43-45
  4.2 定点位置保持方法  45-53
    4.2.1 东西方向保持方法  45-48
    4.2.2 南北方向保持方法  48-53
  4.3 本章小结  53-54
第五章同步卫星E/W轨道修正区间划分方法  54-61
  5.1 同步轨道卫星东西漂移的主要因素  54-55
  5.2 同步轨道卫星东西控制窗口的分配  55-56
  5.3 平经度漂移区间的划分  56-57
  5.4 容差区间的分配  57-60
    5.4.1 推进器误差效应  57-58
    5.4.2 测站定轨精度的影响  58-59
    5.4.3 卫星南北机动对东西方向耦合的影响  59
    5.4.4 日月短周期扰动效应的影响  59
    5.4.5 总误差效应预估  59-60
  5.5 本章小结  60-61
第六章总结与展望  61-63
  6.1 总结  61-62
  6.2 展望  62-63
参考文献  63-64
致谢  64

地球同步轨道通信卫星的轨道管理应用研究

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