СПОСОБ ДЛЯ СОВМЕСТНОГО ИСПОЛЬЗОВАНИЯ РАДИОСПЕКТРА НА ОСНОВЕ ПОСТОЯННОГО СМЕЩЕНИЯ ЛУЧА И НИЗКООРБИТАЛЬНАЯ СПУТНИКОВАЯ СИСТЕМА СВЯЗИ
METHOD FOR JOINT USE OF RADIO SPECTRUM BASED ON CONSTANT BEAM OFFSET AND LOW ORBITAL SATELLITE COMMUNICATION SYSTEM

[0001] Настоящая заявка испрашивает приоритет заявки на патент Китая номер 201910630504.4, озаглавленной "METHOD FOR SHARING RADIO SPECTRUM ON BASIS OF BEAM CONSTANT OFFSET AND LOW-ORBIT COMMUNICATION SATELLITE SYSTEM", поданной 12 июля 2019 года в Патентное Ведомство Китая, которая полностью содержится в данном документе по ссылке.
Область техники, к которой относится изобретение
[0002] Настоящее раскрытие сущности относится к способу для совместного использования радиоспектра на основе постоянного смещения луча и к низкоорбитальной спутниковой системе связи (т.е. к способу для совместного использования радиоспектра с постоянным смещением луча и к низкоорбитальной спутниковой системе связи), принадлежащим области техники околоземноорбитальных спутников связи.
Уровень техники
[0003] Спутники связи представляют собой важный вариант применения космической технологии. Спутники связи принимают радиосигналы из и передают радиосигналы на поверхность Земли. В силу развития технологии спутниковой связи и взрывного роста спроса, радиоспектр становится очень ценным товаром. Радиоспектр в пределах диапазона может продаваться с аукциона за десятки миллиардов долларов.
[0004] Геосинхронный спутник представляет собой типичный спутник связи. Геосинхронный спутник движется по орбите Земли в плоскости, пересекающей экватор (т.е. в экваториальной плоскости) Земли. Геосинхронный спутник находится приблизительно на расстоянии 36000 километров от Земли (что приблизительно в шесть раз превышает радиус Земли). Орбитальный период геосинхронного спутника равен звездным суткам. Геосинхронный спутник движется по орбите Земли с идентичной угловой скорости, с которой Земля вращается вокруг оси Земли, и в силу этого геосинхронный спутник является стационарным для наблюдателей на Земле.
[0005] Вследствие огромного расстояния между геосинхронным (который обычно сокращается как "GEO") спутником и поверхностью Земли, обширная область может покрываться, что требует высокого уровня мощности для передачи сигналов и приводит к существенной задержке связи. Дополнительно, для одного спутника, пропускная способность ограничена, и затраты являются высокими. Таким образом, система спутниковой группировки, движущаяся по орбите близко к поверхности Земли, может быть более подходящей в некоторых вариантах применения, таких как Интернет-услуги. Низкоорбитальная система спутниковой группировки имеет преимущества большой пропускной способности и низкой задержки. Помимо этого, затраты на один спутник могут уменьшаться за счет серийного производства.
[0006] Фиг. 1 показывает то, что низкая околоземная орбитальная (обычно сокращенно называемая "LEO") спутниковая система связи работает вдоль полярной орбиты. Лучи, не смещаемые, для спутниковой системы связи непрерывно покрывают Землю, и спутниковая система связи не может совместно использовать радиоспектр с GEO-спутником связи. В общем, LEO-орбита представляет собой орбиту спутника, меньшую или равную приблизительно 2000 километров от поверхности Земли. Как показано на фиг. 1, высота орбиты спутника из поверхности Земли меньше радиуса Земли и составляет приблизительно 1200 километров на масштабной шкале. На фиг. 1, 1-110 представляет Землю, 1-120 представляет северный полюс, 1-130 представляет южный полюс, 1-140 представляет LEO-спутник, 1-150 представляет полярную LEO-орбиту, 1-160 представляет экватор, 1-170 представляет направление перемещения спутников, и 1-180 представляет несмещенный луч.
E
LEO
GEO
1
[0007] Фиг. 2 показывает орбиту LEO-спутника около экватора, как показано на фиг. 1, и орбиту GEO-спутника. Предполагается, что орбитальная плоскость GEO-спутника полностью совпадает с экваториальной плоскостью. Для удобства маркировки в тексте, высоты орбиты LEO-спутника и орбиты GEO-спутника не нарисованы строго согласно масштабу на фиг. 2, и фиг. 2 показывает только схематичную взаимосвязь между орбитой LEO-спутника и орбитой GEO-спутника. На фиг. 2, 2-110 представляет поверхность Земли, 2-120 представляет орбиту LEO-спутника, 2-130 представляет орбиту GEO-спутника, 2-210 представляет LEO-спутник, 2-220 представляет GEO-спутник, 2-310 представляет несмещенные лучи, 2-320 представляет смещенные лучи, 2-410 представляет радиус R Земли, 2-420 представляет высоту H орбиты LEO-спутника, 2-430 представляет высоту H орбиты GEO-спутника, 2-510 представляет угол φ полуконуса луча, 2-520 представляет критический угол θ смещения, 2-530 представляет критический угол β предотвращения помех, 2-540 представляет аргумент ω широты LEO-спутника, 2-610 представляет область покрытия несмещенных лучей, 2-620 представляет область покрытия смещенных лучей, 2-710 представляет направление перемещения LEO-спутника, 2-810 представляет орбитальную плоскость GEO-спутника, совпадающую с экваториальной плоскостью, и 2-820 представляет восходящий узел орбиты LEO-спутника и экваториальной плоскости.
1
1
1
LEO
1
[0008] На фиг. 2, до того, как луч LEO-спутника смещается, углы развязки между лучами из GEO-спутника и лучами из LEO-спутника, принимаемыми в позиции на поверхности Земли в пределах области от точки C до точки A в области 2-610 покрытия, меньше критического угла β предотвращения помех. В области от точки C до точки A, LEO-спутник и GEO-спутник не могут совместно использовать радиоспектр. После того, как луч LEO-спутника смещается на θ к экватору, углы развязки между лучами из GEO-спутника и лучами из LEO-спутника, принимаемыми в позиции на CD свода в области покрытия смещенных лучей, превышают или равны критическому углу β предотвращения помех. В случае если LEO-спутника смещается на угол, больший критического угла θ смещения, LEO-спутник и GEO-спутник могут совместно использовать радиоспектр в любой позиции в области покрытия смещенных лучей. Критический угол θ смещения связан с такими параметрами, как критический угол β предотвращения помех, аргумент ω широты LEO-спутника, угол φ полуконуса луча и высота H орбиты LEO-спутника. В случае если другие параметры являются постоянными, чем ближе LEO-спутник при перемещении к GEO-спутнику указывает то, что требуется смещать лучи LEO-спутника на больший критический угол θ смещения, чтобы обеспечивать то, что LEO-спутник и GEO-спутник могут совместно использовать радиоспектр.
[0009] На основе анализа по фиг. 2, можно видеть, что в случае, если LEO-спутник совместно использует радиоспектр с GEO-спутником, чтобы предотвращать помехи LEO-спутника для пользователей GEO-спутника в области AC свода, в дополнение к выключению части лучей LEO-спутника, эффективный способ облегчать помехи между LEO-спутником и GEO-спутником состоит в том, чтобы смещать лучи LEO-спутника на угол.
2
[0010] Фиг. 3 является принципиальной схемой, показывающей минимальный угол смещения в двойном покрытии, сформированном посредством двух смежных LEO-спутников на двух сторонах восходящего узла в случае симметричных смещенных лучей. На фиг. 3, аргумент широты каждого из двух LEO-спутников равен половине фазового угла двух смежных LEO-спутников, т.е. ±1/2γ. Для удобства маркировки в тексте, высоты орбиты LEO-спутника и орбиты GEO-спутника не нарисованы строго согласно масштабу на фиг. 3, и фиг. 3 показывает только схематичную взаимосвязь между орбитой LEO-спутника и орбитой GEO-спутника. На фиг. 3, 3-110 представляет поверхность Земли, 3-120 представляет орбиту LEO-спутника, 3-130 представляет орбиту GEO-спутника, 3-210-1 представляет LEO-спутник k, 3-210-2 представляет LEO-спутник k-1, 3-220 представляет GEO-спутник, 3-310-1 представляет смещенный луч LEO-спутника k, 3-310-2 представляет смещенный луч LEO-спутника k-1, 3-410 представляет фазовый угол γ двух смежных LEO-спутников, 3-420 представляет критический угол θ смещения для формирования двойного покрытия посредством лучей смежных LEO-спутников на двух сторонах восходящего узла, 3-510 представляет область двойного покрытия, сформированную посредством лучей смежных LEO-спутников на двух сторонах восходящего узла, 3-610 представляет орбитальную плоскость GEO-спутника при условии, что орбитальная плоскость GEO-спутника совпадает с экваториальной плоскостью, 3-620 представляет направление перемещения LEO-спутника, 3-630 представляет восходящий узел орбиты LEO-спутника и экваториальной плоскости, и 3-640 представляет центральную линию лучей.
2
[0011] На фиг. 3, около восходящего узла, после того, как лучи LEO-спутника k и лучи LEO-спутника k-1, соответственно, смещаются на θк экватору, область покрытия лучей LEO-спутника k полностью совпадает с областью покрытия лучей LEO-спутника k-1. Аргумент широты LEO-спутника k равен 1/2γ, и аргумент широты LEO-спутника k-1 равен -1/2γ, где γ представляет фазовый угол двух смежных LEO-спутников. Только в случае двойного покрытия, можно обеспечивать то, что даже если LEO-спутник выключает лучи полностью, область непрерывного покрытия по-прежнему формируется посредством LEO-спутников, смежных с LEO-спутником.
[0012] Фиг. 4 показывает решение по совместному использованию радиоспектра между низкоорбитальной спутниковой системой связи и геосинхронным спутником согласно патенту "COMMUNICATION-SATELLITE SYSTEM THAT CAUSES REDUCED INTERFERENCE (CN107210805A)". В решении, полярная LEO-орбита пересекает экваториальную плоскость в восходящем узле и нисходящем узле. На фиг. 4, 4-110 представляет Землю, 4-120 представляет северный полюс, 4-130 представляет южный полюс, 4-140 представляет LEO-спутник, 4-150 представляет полярную орбиту LEO-спутника, 4-160 представляет экватор, при этом несколько GEO-спутников движутся по орбите по экватору, 4-170 представляют направление перемещения, 4-180 представляет лучи, постепенно смещающиеся к экватору согласно градусам, на которые лучи приближаются к экватору, 4-210 представляет LEO-спутник около восходящего узла, полностью выключающий лучи, и 4-220 представляет LEO-спутник около нисходящего узла, полностью выключающий лучи. По мере того, как LEO-спутник движется вдоль орбиты, лучи LEO-спутника постепенно смещаются. Таким образом, по мере того, как LEO-спутник перемещается близко к экваториальной плоскости, лучи, передаваемые посредством LEO-спутника, постепенно нацеливаются к экваториальной плоскости. Во всех позициях спутника, всегда имеется хорошее угловое разнесение между радиосигналами LEO-спутника и радиосигналами GEO-спутника. LEO-спутники, движущиеся вдоль орбиты с равными интервалами, предоставляют непрерывное покрытие для поверхности Земли ниже орбиты. LEO-спутник, выключающий лучи, является ближайшим к экваториальной плоскости. При прохождении через экваториальную плоскость, LEO-спутник, выключающий лучи, смещает лучи в направлении, симметричном исходному направлению вдоль экваториальной плоскости. По мере того, как LEO-спутник с включенными лучами движется вдоль орбиты, лучи постепенно смещаются, и область покрытия LEO-спутника покрывается до того, как LEO-спутник перемещается в соответствующую позицию на орбите вследствие смещенных лучей. По мере того, как LEO-спутник движется на половину пути вдоль орбиты, т.е. по мере того, как LEO-спутник движется к экваториальной плоскости на другой стороне Земли, вышеуказанный процесс повторяется.
[0013] Согласно базовой идее, показанной на фиг. 4, для каждого из спутников, движущихся на идентичной орбите, требуется выполнять прогрессивное смещение луча вокруг оси наклона в продольном направлении (которая является перпендикулярной орбитальной плоскости) согласно правилу при приближении к экватору, и постепенно возобновляет нормальное покрытие луча на Земле при уходе из экватора. Обеспечивается то, что каждый из спутников при постепенном смещении лучей на каждой из орбит поддерживает непрерывное покрытие на Земле посредством резервирования допустимого запаса перекрытия области покрытия, за счет этого обеспечивая непрерывное покрытие на Земле посредством созвездия.
[0014] Для LEO-спутников, приспосабливающих способ прогрессивного смещения луча, допустимый запас области большого покрытия лучей одного LEO-спутника, в общем, резервируется для перекрывающейся схемой областей покрытия смежных спутников. Фиг. 5-1 показывает типичные кривые варьирования угла наклона в продольном направлении LEO-спутника, приспосабливающего способ прогрессивного смещения луча при различных широтах. На фиг. 5, способ с постоянной угловой скоростью наклона в продольном направлении приспосабливается в решении 1, и способ с переменной угловой скоростью наклона в продольном направлении приспосабливается в решении 2. Фиг. 5-2 показывает правила перекрывающихся ширин областей покрытия смежных LEO-спутников на идентичной орбите, полученной посредством использования решений 1 и 2, показанных на фиг. 5-1. В общем, минимальная ширина области покрытия с перекрытием, полученной на основе способа прогрессивного смещения луча, составляет 40-60% от ширины области покрытия с перекрытием смежных LEO-спутников без смещения лучей.
[0015] При проектировании спутниковой LEO-системы, область покрытия с минимальным перекрытием с равномерной интенсивностью является оптимальной. Согласно способу прогрессивного смещения луча, требуются смежные спутники на идентичной орбите, чтобы резервировать большой допустимый запас покрытия луча. Кроме того, в способе, высокая точность управления требуется при динамическом смещении лучей, и предусмотрены высокие требования для устройства смещения луча LEO-спутника. Вышеуказанные проблемы представляют собой недостатки патента "COMMUNICATION-SATELLITE SYSTEM THAT CAUSES REDUCED INTERFERENCE (CN107210805A)" на основе способа прогрессивного смещения луча.
[0016] Помимо этого, в случае если прогрессивное смещение луча выполняется посредством смещения ориентации, коррекция орбиты в тангенциальном направлении орбитальной плоскости может выполняться только в период, в который прогрессивное смещение луча не выполняется, за счет этого ограничивая диапазон сводов для выполнения коррекции орбиты.
Сущность изобретения
[0017] Чтобы разрешать проблемы в традиционной технологии, способ для совместного использования радиоспектра на основе постоянного смещения луча и низкоорбитальная спутниковая система связи предоставляются согласно настоящему раскрытию сущности. По сравнению со способом прогрессивного смещения луча в патенте "COMMUNICATION-SATELLITE SYSTEM THAT CAUSES REDUCED INTERFERENCE (CN107210805A)", при использовании способа постоянного смещения луча согласно настоящему раскрытию сущности, область покрытия с минимальным перекрытием посредством лучей равных интенсивностей между смежными низкоорбитальными спутниками связи может достигаться без высокоточного устройства для управления прогрессивным смещением луча. На основе технологии постоянного смещения луча, совместное использование радиоспектра низкоорбитальной спутниковой системы связи имеет значительные преимущества в затратах на проектирование, изготовление и эксплуатацию.
[0018] Следующие технические решения предоставляются согласно настоящему раскрытию сущности. Способ для совместного использования радиоспектра между первым спутником связи, движущимся на низкой орбите, и вторым спутником связи, движущимся на околоэкваториальной орбите (т.е. способ для совместного использования радиоспектра на основе технологии постоянного смещения луча), предоставляется согласно настоящему раскрытию сущности (в способе, низкая орбита меньше или равна приблизительно 2000 километров над поверхностью Земли, высота орбиты LEO-спутника (т.е. низкоорбитального спутника) не ограничена в настоящем раскрытии сущности при условии, что орбита LEO-спутника ниже орбиты высокоорбитального спутника связи, который движется на околоэкваториальной орбите и совместно использует радиоспектр с LEO-спутником и удовлетворяет предварительно определенным техническим условиям для спутниковой LEO-системы). Первая орбита, по которой движется первый спутник связи, ниже второй орбиты, по которой движется второй спутник связи, первая орбита пересекает экваториальную плоскость в восходящем узле и нисходящем узле, и вторая орбита представляет собой околоэкваториальную орбиту. Способ включает в себя: (i) передачу, посредством первого спутника связи, радиосигнала на поверхность Земли, чтобы формировать луч; и (ii) выполнение, посредством первого спутника связи, преобразования постоянного смещения луча на луче в позиции около восходящего узла, позиции около нисходящего узла, позиции около арктического региона и позиции около антарктического региона.
[0019] Градус смещения (который представляет собой абсолютную величину постоянного смещения) луча определяется на основе минимального угла (т.е. минимального угла развязки) между лучом первого спутника связи и лучом второго спутника связи в случае, если первый спутник связи и второй спутник связи совместно используют радиоспектр, и луч первого спутника связи и луч второго спутника связи пространственно развязываются друг от друга без создания помех друг другу, размера луча первого спутника связи, высоты орбиты первого спутника связи, фазового угла между двумя смежными спутниками связи в идентичной орбитальной плоскости и наклона орбиты второго спутника связи на околоэкваториальной орбите. Градус смещения луча является независимым от широты первого спутника связи. Градус смещения луча является константой.
[0020] Для восходящего узла, луч первого спутника связи около экватора смещается к экватору. Для нисходящего узла, луч первого спутника связи около экватора смещается к экватору.
[0021] Первый спутник связи выполняет четыре преобразования постоянного смещения луча в одном орбитальном цикле. Первый спутник связи выполняет преобразование постоянного смещения луча по мере того, как первый спутник связи перемещается в позицию около восходящего узла, позицию около нисходящего узла, позицию около арктического региона и позицию около антарктического региона в одном орбитальном цикле. Направление смещения луча изменяется на противоположное, и градус смещения луча остается неизменным после каждого из преобразований постоянного смещения луча.
[0022] При преобразовании смещения луча, текущий луч (т.е. луч, для которого спутник выполняет преобразование смещения луча) выключается и прекращает предоставление услуг (т.е. мощность луча уменьшается, с тем чтобы не создавать помехи второму спутнику связи).
[0023] В варианте осуществления, луч смещается посредством смещения ориентации первого спутника связи.
[0024] В варианте осуществления, устройство для смещения ориентации спутника включает в себя двигатель-маховик (т.е. маховик) или гироскоп с управляющим моментом.
[0025] В варианте осуществления, ориентация первого спутника связи смещается посредством вращения первого спутника связи вокруг оси наклона в продольном направлении первого спутника связи.
[0026] В варианте осуществления, при выполнении постоянного смещения луча посредством вращения первого спутника связи вокруг оси наклона в продольном направлении первого спутника связи, приспосабливается расположение двигателя малой тяги для управления орбитой, при котором двигатель малой тяги для управления орбитой предварительно смещает первый спутник связи в противоположном направлении вдоль оси наклона в продольном направлении, в таком случае тяга вдоль тангенциального направления орбиты и с прохождением через центроид первого спутника связи формируется. За счет расположения двигателя малой тяги для управления орбитой, коррекция орбиты в тангенциальном направлении орбиты выполняется в процессе постоянного смещения ориентации.
[0027] В варианте осуществления, процесс постоянного смещения ориентации представляет собой процесс, в котором ориентация первого спутника связи смещается на основе константы, чтобы выполнять преобразование постоянного смещения луча.
[0028] В варианте осуществления, луч предварительно смещается в направлении вдоль оси наклона в продольном направлении и затем вращается на 180 градусов вокруг оси наклона относительно вертикальной оси, чтобы изменять на противоположное направление смещения луча.
[0029] В варианте осуществления, при предварительном смещении луча в направлении вдоль оси наклона в продольном направлении, проекция луча на сферу оптимизируется на основе кривизны Земли вследствие состояния стабильного смещения.
[0030] В варианте осуществления, луч смещается посредством вращения одной или более радиоантенн первого спутника связи.
[0031] В варианте осуществления, луч смещается посредством выполнения электронного управления.
[0032] В варианте осуществления, луч смещается на основе технологии фазированной антенной решетки.
[0033] В варианте осуществления, позиция около арктического региона представляет собой позицию в области двойного или покрытия со сверхперекрытием, сформированную посредством низкоорбитальной спутниковой системы связи в арктическом регионе.
[0034] В варианте осуществления, позиция около антарктического региона представляет собой позицию в области двойного или покрытия со сверхперекрытием, сформированную посредством низкоорбитальной спутниковой системы связи в антарктическом регионе.
[0035] В варианте осуществления, для восходящего узла, первый спутник связи около экватора указывает то, что, первый спутник связи не выполняет преобразование смещения луча в позиции около арктического региона после выполнения преобразования смещения луча в позиции около антарктического региона; и для нисходящего узла, первый спутник связи около экватора указывает то, что первый спутник связи не выполняет преобразование смещения луча в позиции около антарктического региона после выполнения преобразования смещения луча в позиции около арктического региона.
[0036] В варианте осуществления, позиция около восходящего узла представляет собой позицию в области между плюс и минус половиной фазового угла восходящего узла и включает в себя позиции, соответствующие плюс и минус половине фазового угла восходящего узла, где фазовый угол представляет собой фазовый угол между двумя смежными спутниками связи в идентичной орбитальной плоскости.
[0037] В варианте осуществления, позиция около нисходящего узла представляет собой позицию в области между плюс и минус половиной фазового угла нисходящего узла и включает в себя позиции, соответствующие плюс и минус половине фазового угла нисходящего узла, где фазовый угол представляет собой фазовый угол между двумя смежными спутниками связи в идентичной орбитальной плоскости.
[0038] Спутниковая система связи предоставляется согласно настоящему раскрытию сущности. Система включает в себя несколько первых спутников связи, движущихся на нескольких первых орбитах. Несколько первых спутников связи на каждой из первых орбит распределяются с предварительно определенной фазой. Каждая из первых орбит пересекает экваториальную плоскость в восходящем узле и нисходящем узле. Восходящие узлы и нисходящие узлы первых орбит, пересекающих экваториальную плоскость, распределяются с предварительно определенным интервалом, и параметры первых орбит, отличных от восходящих узлов и нисходящих узлов, являются идентичными. Первые спутники связи совместно используют радиоспектр со вторым спутником связи, включающим в себя геостационарный спутник, движущийся на околоэкваториальной орбите. Второй спутник связи движется на второй орбите. Вторая орбита представляет собой околоэкваториальную орбиту и находится выше первых орбит. Первые спутники связи в спутниковой системе связи выполнены с возможностью предоставлять непрерывное покрытие с лучами для области Земли или для глобальной Земли и для пространства в пределах предварительно определенной высоты над уровнем моря, соответствующей области Земли или глобальной Земле, и предоставлять двойное и сверхперекрывающееся покрытие с лучами в антарктическом регионе и арктическом регионе. Для каждого из первых спутников связи, первый спутник связи выполняет преобразование постоянного смещения луча по мере того, как первый спутник связи перемещается в позицию около восходящего узла, позицию около нисходящего узла, позицию около области арктического полюса и позицию около антарктического региона в одном орбитальном цикле, и направление смещения луча изменяется на противоположное, и градус смещения луча остается неизменным после преобразования постоянного смещения луча. Для каждого из первых спутников связи, градус смещения луча определяется на основе минимального угла между лучом первого спутника связи и лучом второго спутника связи в случае, если первый спутник связи и второй спутник связи совместно используют радиоспектр, и луч первого спутника связи и луч второго спутника связи пространственно развязываются друг от друга без создания помех друг другу, размера луча первого спутника связи, высоты орбиты первого спутника связи, фазового угла между двумя смежными спутниками связи в идентичной орбитальной плоскости и наклона орбиты второго спутника связи на околоэкваториальной орбите; градус смещения луча является независимым от широты первого спутника связи; и градус смещения луча является константой. Для каждого из первых спутников связи, для восходящего узла, луч первого спутника связи около экватора смещается к экватору; и для нисходящего узла, луч первого спутника связи около экватора смещается к экватору.
[0039] В варианте осуществления, для каждого из текущих первых спутников связи, первый спутник связи выключает луч и прекращает предоставление услуг при выполнении преобразования смещения луча в позиции около арктического региона и в позиции около антарктического региона, и другие первые спутники связи на двух первых орбитах, смежных с первой орбитой первого спутника связи, предоставляют услуги с лучами.
[0040] В варианте осуществления, в позиции около арктического региона и в позиции около антарктического региона, первые спутники связи на двух смежных первых орбитах, соответственно, выполняют преобразование смещения луча при достижении или уходе с позиции в области покрытия с двойным перекрытием, чтобы обнаруживать максимальный временной интервал обработки преобразования между смежными первыми спутниками связи на различных орбитах.
[0041] В варианте осуществления, для каждого из первых спутников связи, первый спутник связи выключает луч и прекращает предоставление услуг при выполнении преобразования смещения луча в позиции около восходящего узла, и спутник, смежный с первым спутником связи, на другой стороне восходящего узла и на идентичной первой орбите с первым спутником связи, предоставляет услугу обеспечения покрытия с лучами; и первый спутник связи выключает луч и прекращает предоставление услуг при выполнении преобразования смещения луча в позиции около нисходящего узла, и спутник, смежный с первым спутником связи, на другой стороне нисходящего узла и на идентичной первой орбите с первым спутником связи, предоставляет услугу обеспечения покрытия с лучами.
[0042] В варианте осуществления, для каждого из первых спутников связи, до того, как первый спутник связи в позиции около восходящего узла или в позиции около нисходящего узла выключает лучи, покрытие посредством лучей первого спутника связи и покрытие посредством лучей смежного первого спутника связи на другой стороне восходящего узла или нисходящего узла формируют покрытие с двойным перекрытием для области предоставления услуг Земли, при этом направление смещения лучей смежного первого спутника связи является противоположным направлению смещения лучей первого спутника связи.
[0043] В варианте осуществления, для каждого из первых спутников связи, в позиции около восходящего узла или в позиции около нисходящего узла, самое большее один первый спутник связи выключает лучи и прекращает предоставление услуг в момент времени, и все смежные первые спутники связи включают лучи.
[0044] В варианте осуществления, области, покрываемые посредством лучей смежных первых спутников связи в идентичной орбитальной плоскости, равномерно перекрываются при преобразовании постоянного смещения луча, чтобы достигать непрерывного покрытия луча с наименьшим допустимым запасом покрытия луча.
[0045] В варианте осуществления, поддерживается то, что все первые спутники связи выключают или включают лучи.
[0046] В варианте осуществления, для каждого из первых спутников связи, угловая скорость лучей первого спутника связи относительно Земли является идентичной угловой скорости первого спутника связи относительно Земли.
[0047] В варианте осуществления, для каждого из первых спутников связи, первый спутник связи включает в себя двигатель малой тяги для управления орбитой и двигатель-маховик или гироскоп с управляющим моментом, двигатель малой тяги для управления орбитой выполнен с возможностью формировать тягу для выполнения управления орбитой, и двигатель-маховик или гироскоп с управляющим моментом выполнен с возможностью предоставлять крутящий момент, чтобы управлять ориентацией спутника.
[0048] В варианте осуществления, каждый из первых спутников связи дополнительно включает в себя одну или более радиоантенн для того, чтобы передавать и принимать лучи.
[0049] В варианте осуществления, каждый из первых спутников связи передает радиосигнал на поверхность Земли, чтобы формировать луч.
[0050] В варианте осуществления, луч выключается и прекращает предоставление услуг при преобразовании смещения луча, и луч включается и предоставляет услуги после преобразования смещения луча.
[0051] В варианте осуществления, то, что несколько первых спутников связи на каждой из первых орбит распределяются с предварительно определенной фазой, указывает то, что первые спутники связи на каждой из первых орбит распределяются с равными интервалами.
[0052] По сравнению с традиционной технологией, настоящее раскрытие сущности имеет следующие преимущества.
[0053] (1) При использовании способа постоянного смещения луча согласно настоящему раскрытию сущности, LEO-спутник поддерживает постоянное смещение луча при перемещении вдоль орбиты, оптимальная схема равномерной области покрытия с перекрытием между смежными LEO-спутниками поддерживается, в силу этого значительно уменьшая допустимый запас покрытия одного спутника. Требуется только выполнять преобразование постоянного смещения луча в позиции около восходящего узла, позиции около нисходящего узла, позиции около арктического региона и позиции около антарктического региона. Точность управления для преобразования смещения луча не ограничена, и требования для точности управления для устройства смещения луча являются низкими. При преобразовании смещения луча, все лучи могут выключаться. Угловая скорость лучей относительно Земли является идентичной угловой скорости LEO-спутника относительно Земли.
[0054] (2) В варианте осуществления, при выполнении постоянного смещения луча посредством вращения LEO-спутника вокруг оси наклона в продольном направлении спутника, приспосабливается расположение двигателя малой тяги для управления орбитой, при котором двигатель малой тяги для управления орбитой предварительно смещает первый спутник связи в противоположном направлении вдоль оси наклона в продольном направлении, в таком случае тяга вдоль тангенциального направления орбиты и с прохождением через центроид спутника формируется. За счет расположения двигателя малой тяги для управления орбитой, коррекция орбиты в тангенциальном направлении орбиты выполняется в процессе постоянного смещения ориентации. При выполнении прогрессивного смещения луча посредством прогрессивного смещения ориентации в продольном направлении, коррекция орбиты вдоль тангенциального направления орбиты не может быть реализована посредством LEO-спутника при прогрессивном смещении ориентации вокруг оси наклона в продольном направлении, за счет этого ограничивая зажигательный свод при коррекции орбиты LEO-спутника.
[0055] (2) В настоящем раскрытии сущности, луч предварительно смещается в направлении вдоль оси наклона в продольном направлении и затем вращается на 180 градусов вокруг оси наклона относительно вертикальной оси, чтобы изменять на противоположное направление смещения луча. Таким образом, проекция луча на сферу может оптимизироваться на основе кривизны Земли. Помимо этого, двигатель малой тяги для управления орбитой может развертываться нормально без ограничения зажигательного свода при коррекции орбиты LEO-спутника.
[0056] Луч смещается посредством выполнения электронного управления, и в силу этого трудность и затраты при преобразовании смещения луча могут уменьшаться вследствие того, что предусмотрено только два состояния смещения луча.
Краткое описание чертежей
[0057] Фиг. 1 является принципиальной схемой спутниковой LEO-системы согласно традиционной технологии. Лучи, не смещаемые, для спутниковой LEO-системы непрерывно покрывают Землю, и спутниковая LEO-система не может совместно использовать радиоспектр с GEO-спутником связи;
[0058] Фиг. 2 является принципиальной схемой, показывающей минимальные углы смещения лучей LEO-спутника при различных широтах для совместного использования радиоспектра с GEO-спутником связи согласно традиционной технологии;
[0059] Фиг. 3 является принципиальной схемой, показывающей минимальный угол смещения двух смежных LEO-спутников на двух сторонах восходящего узла для формирования покрытия с двойным перекрытием в случае симметричного смещения луча согласно традиционной технологии;
[0060] Фиг. 4 является принципиальной схемой совместного использования радиоспектра спутниковой LEO-системы со спутником связи около экватора на основе способа прогрессивного смещения луча согласно традиционной технологии;
[0061] Фиг. 5-1 является принципиальной схемой, показывающей типичные кривые варьирования угла наклона в продольном направлении LEO-спутника при различных аргументах широты при прогрессивном смещении луча согласно традиционной технологии;
[0062] Фиг. 5-2 является принципиальной схемой, показывающей типичную кривую варьирования допустимого запаса области непрерывного покрытия с аргументом широты при прогрессивном смещении луча согласно традиционной технологии;
[0063] Фиг. 6 показывает спутниковую LEO-систему связи, совместно использующую радиоспектр с GEO-спутником на основе способа постоянного смещения луча, когда LEO-спутники перемещаются на обеих сторонах восходящего узла и нисходящего узла;
[0064] Фиг. 7 показывает спутниковую LEO-систему связи, совместно использующую радиоспектр с GEO-спутником на основе способа постоянного смещения луча, когда LEO-спутники на идентичной орбите проходят через восходящий узел и нисходящий узел;
[0065] Фиг. 8 показывает спутниковую LEO-систему связи, совместно использующую радиоспектр с GEO-спутником на основе способа постоянного смещения луча в случае, если LEO-спутники на нескольких смежных орбитах выполняют преобразование смещения луча при входе в область покрытия с двойным перекрытием арктического региона и уходе из области покрытия с двойным перекрытием арктического региона;
[0066] Фиг. 9 является принципиальной схемой, показывающей расположение двигателя малой тяги для управления орбитой в случае, если способ постоянного смещения луча выполняется посредством смещения ориентации оси наклона в продольном направлении LEO-спутника; и
[0067] Фиг. 10 является принципиальной схемой, показывающей решение по выполнению преобразования смещения луча посредством вращения LEO-спутника вокруг оси наклона относительно вертикальной оси (указывающей на центр Земли) на 180 градусов.
Подробное описание изобретения
[0068] В дальнейшем подробно описывается настоящее раскрытие сущности в сочетании с чертежами и вариантами осуществления.
[0069] Способ для совместного использования радиоспектра с высокоорбитальным спутником связи, движущимся на околоэкваториальной орбите, включающим в себя геосинхронный спутник, на основе постоянного смещения луча, и низкоорбитальная спутниковая система связи предоставляются согласно настоящему раскрытию сущности. Способ включает в себя следующую обработку. Низкоорбитальный спутник связи выполняет преобразование постоянного смещения луча для луча, передаваемого посредством низкоорбитального спутника связи в позиции около арктического региона, в позиции около антарктического региона и в позиции около экватора. После выполнения преобразования постоянного смещения луча каждый раз, направление смещения луча изменяется на противоположное. Градус смещения луча является константой. Луч низкоорбитальных спутников связи, движущихся около экватора, смещается к экватору. При выполнении преобразования смещения луча в позиции около арктического региона и в позиции около антарктического региона, низкоорбитальные спутники связи на двух смежных орбитах на двух сторонах орбиты текущего низкоорбитального спутника связи предоставляют услуги с лучами. При выполнении преобразования смещения луча в позиции около восходящего узла или в позиции около нисходящего узла, низкоорбитальный спутник связи, смежный с текущим низкоорбитальным спутником связи, на другой стороне восходящего узла или нисходящего узла и на идентичной первой орбите с текущим низкоорбитальным спутником связи, предоставляет услугу обеспечения покрытия с лучами.
[0070] Низкоорбитальная спутниковая система связи согласно настоящему раскрытию сущности включает в себя несколько LEO-спутников. LEO-спутники движутся по орбите Земли на нескольких орбитах с большим углом наклона относительно экваториальной плоскости. На каждой из орбит, несколько LEO-спутников движутся с равными фазовыми интервалами. Для каждой из орбит, восходящий узел и нисходящий узел экваториальной плоскости распределяются с предварительно определенными интервалами. Параметры первых орбит, отличных от восходящих узлов и нисходящих узлов, являются идентичными. Низкоорбитальная спутниковая система связи предоставляет непрерывное покрытие для поверхности Земли ниже орбиты и для пространства в пределах предварительно определенной высоты над уровнем моря, соответствующей поверхности Земли. Для низкоорбитальной спутниковой системы для предоставления глобального покрытия, требуется приспосабливать околополярную орбиту с большим наклоном. Таким образом, низкоорбитальная спутниковая система связи предоставляет покрытия в арктическом регионе и антарктическом регионе, и в силу этого двойные и сверхперекрывающиеся покрытия формируются в арктическом регионе и антарктическом регионе.
[0071] Согласно настоящему раскрытию сущности, низкоорбитальная спутниковая система связи совместно использует радиоспектр с высокоорбитальным спутником связи, движущимся на околоэкваториальной орбите, включающим в себя геосинхронный спутник, за счет этого экономя очень дорогие ресурсы радиоспектра. По сравнению со способом прогрессивного смещения луча, покрытия луча LEO-спутников в низкоорбитальной спутниковой системе могут определяться на основе области покрытия с минимальным перекрытием согласно способу постоянного смещения луча в настоящем раскрытии сущности. Помимо этого, по сравнению со способом прогрессивного смещения луча, требования для точности устройства смещения луча могут уменьшаться при использовании способа постоянного смещения луча согласно настоящему раскрытию сущности. Следовательно, при использовании способа постоянного смещения луча согласно настоящему раскрытию сущности, совместное использование радиоспектра низкоорбитальной спутниковой системы связи имеет значительные преимущества в затратах на проектирование, изготовление и эксплуатацию.
[0072] Согласно варианту осуществления настоящего раскрытия сущности, LEO-спутник движется вдоль круговой полярной орбиты. Полярная орбита LEO-спутника пересекает экваториальную плоскость в восходящем узле и нисходящем узле. Для восходящего узла, луч первого спутника связи, движущегося около экватора, смещается к экватору. Для нисходящего узла, луч первого спутника связи, движущегося около экватора, смещается к экватору. LEO-спутник выполняет преобразование постоянного смещения луча, соответственно, в позиции около восходящего узла, в позиции около нисходящего узла, в позиции около арктического региона и в позиции около антарктического региона. После каждого из вышеуказанных преобразований постоянного смещения луча, градус смещения луча остается неизменным, и направление смещения луча изменяется на противоположное.
[0073] Как показано на фиг. 6-10, LEO-спутник поддерживает постоянное смещение луча. Для LEO-спутника, проходящего через экватор, требуется выключать лучи, чтобы предотвращать помехи радиоспектров между LEO-спутником и GEO-спутником. Поскольку хорошие угловые разнесения между радиосигналами LEO-спутников, отличных от LEO-спутника, проходящего через экватор, и радиосигналами GEO-спутника сохраняются вследствие того, что лучи LEO-спутников и лучи GEO-спутника смещаются в достаточной степени, для других LEO-спутников необязательно выключать лучи.
[0074] При рассмотрении только одной орбиты, лучи на обеих сторонах экватора являются симметричными на основе способа постоянного смещения луча, в силу этого образуя разрывы в областях покрытия в арктическом регионе и антарктическом регионе вследствие противоположных направлений смещения луча. Тем не менее, низкоорбитальная спутниковая система для предоставления глобального покрытия движется на нескольких смежных орбитах, имеющих большие углы наклона с экваториальной плоскостью, в силу этого формируя двойные и сверхперекрывающиеся покрытия в арктическом регионе и антарктическом регионе. На основе вышеуказанного признака, проблема разрывов в областях покрытия в арктическом регионе и антарктическом регионе вследствие симметричных лучей на обеих сторонах экватора на основе способа постоянного смещения луча может разрешаться.
[0075] В случае если преобразование смещения луча выполняется после входа в область покрытия с двойным перекрытием в арктическом регионе или антарктическом регионе, каждый из LEO-спутников на нечетной и четной орбитах выполняет преобразование смещения луча при достижении или уходе с позиции в области покрытия с двойным перекрытием, за счет этого достигая максимального временного интервала обработки преобразования между смежными LEO-спутниками на различных орбитах. Таким образом, обеспечивается в максимально возможной степени то, что когда LEO-спутник на текущей орбите выполняет преобразование смещения луча, LEO-спутники на двух орбитах, смежных с текущей орбитой, не выполняют преобразование смещения луча и предоставляют услугу обеспечения непрерывного покрытия луча, за счет этого обеспечивая то, что спутниковая LEO-система предоставляет непрерывное покрытие в арктическом регионе и антарктическом регионе в любое время. Например, LEO-спутник на нечетной орбите выполняет преобразование смещения луча после входа в область непрерывного покрытия с двойным перекрытием в арктическом регионе или в антарктическом регионе, и LEO-спутник на четной орбите выполняет преобразование смещения луча перед уходом из области непрерывного покрытия с двойным перекрытием в арктическом регионе или в антарктическом регионе.
[0076] При выполнении преобразования смещения луча около восходящего узла или нисходящего узла, текущий LEO-спутник выключает лучи и прекращает предоставление услуг, и смежный LEO-спутник на другой стороне восходящего узла или нисходящего узла на идентичной орбите предоставляет услугу обеспечения покрытия луча. Около восходящего узла или нисходящего узла, только один спутник выключает лучи в момент времени, и лучи всех других смежных спутников поддерживаются во включенном состоянии в момент времени. До того, как текущий LEO-спутник выключает лучи, покрытие посредством лучей текущего LEO-спутника и покрытие посредством лучей смежного LEO-спутника на другой стороне восходящего узла или нисходящего узла формируют покрытие с двойным перекрытием для области предоставления услуг Земли, при этом направление смещения лучей смежного LEO-спутника является противоположным направлению смещения лучей текущего LEO-спутника.
[0077] Для преобразования смещения луча около восходящего узла или нисходящего узла, требуется выполнять такие операции, как выключение лучей, преобразование смещения луча и включение луча, в фазовый интервальный период смежного LEO-спутника. Таким образом, обеспечивается то, что когда текущий LEO-спутник выключает лучи и прекращает предоставление услуг, смежный LEO-спутник включает лучи и предоставляет услуги, в силу чего обеспечивает непрерывное покрытие луча посредством низкоорбитальной спутниковой системы, движущейся около восходящего узла или нисходящего узла.
[0078] Для преобразования смещения луча около арктического региона или антарктического региона, необязательно выполнять такие операции, как выключение лучей, преобразование смещения луча и включение луча, в фазовый интервальный период смежного LEO-спутника. Тем не менее, более длительный фазовый интервальный период, в котором выполняются операции, указывает то, что больший разрыв областей покрытия должен формироваться на одной орбите, и требования для позиций и моментов времени, в которые преобразование смещения луча выполняется посредством LEO-спутников на различных орбитах, являются более строгими.
[0079] В общем, период преобразования смещения луча может определяться на основе аппаратной конфигурации LEO-спутника. На фиг. 6-10, периоды для включения лучей, преобразования смещения луча и выключения лучей определяются в качестве минимальных требований в восходящем узле или в нисходящем узле, т.е. определяются в качестве фазовых интервальных периодов смежных LEO-спутников.
[0080] В случае выполнения постоянного смещения луча посредством смещения ориентации оси наклона в продольном направлении, приспосабливается расположение двигателя малой тяги для управления орбитой, при котором двигатель малой тяги для управления орбитой предварительно смещает LEO-спутник в противоположном направлении вдоль оси наклона в продольном направлении. При этом расположении, тяга вдоль тангенциального направления орбиты и с прохождением через центроид LEO-спутника может формироваться, коррекция орбиты в тангенциальном направлении орбиты выполняется в процессе постоянного смещения ориентации на обеих сторонах экватора, и дальность ограниченного зажигательного свода для коррекции орбиты является небольшой.
[0081] В случае если преобразование смещения луча выполняется посредством вращения LEO-спутника на 180 градусов вокруг оси наклона относительно вертикальной оси (указывающей на центр Земли) LEO-спутника, луч может предварительно смещаться в направлении оси наклона в продольном направлении. В этом случае, проекция луча на сферу может оптимизироваться на основе кривизны Земли. Помимо этого, двигатель малой тяги для управления орбитой может размещаться в нормальном расположении, и дальность сечения свода зажигания для коррекции орбиты не должна ограничиваться.
[0082] В случае если преобразование смещения луча выполняется посредством выполнения электронного управления, трудность и затраты при преобразовании смещения луча могут уменьшаться вследствие того, что предусмотрено только два состояния смещения луча.
[0083] Фиг. 6 показывает спутниковую LEO-систему связи, совместно использующую радиоспектр с GEO-спутником на основе способа постоянного смещения луча, когда LEO-спутники перемещаются на обеих сторонах восходящего узла и нисходящего узла. На фиг. 6, 6-110 представляет Землю, 6-120 представляет арктический полюс, 6-130 представляет антарктический полюс, 6-140 представляет LEO-спутник, 6-150 представляет полярную орбиту LEO-спутника, 6-160 представляет экватор, 6-170 представляет направление перемещения, 6-180 представляет лучи с постоянным смещением, 6-210 представляет лучи спутников, соответственно, движущихся на стороне восходящего узла на основе решения по постоянному смещению луча, в котором лучи имеют противоположные направления смещения и указывают на экватор, 6-220 представляет спутниковые лучи на обеих сторонах нисходящего узла на основе решения по постоянному смещению луча, в котором лучи имеют противоположные направления смещения и указывают на экватор, 6-230 представляет максимальную потенциальную дальность зазора в области покрытия, вызываемую посредством преобразования постоянного смещения луча, выполняемого посредством LEO-спутника при входе в арктический полюс (при условии, что преобразование смещения луча выполняется в пределах фазового интервального периода, и лучи включаются снова), 6-240 представляет максимальную потенциальную дальность зазора в области покрытия, вызываемую посредством преобразования постоянного смещения луча, выполняемого посредством LEO-спутника при входе в антарктический полюс (при условии, что преобразование смещения луча выполняется в фазовый интервальный период, и лучи включаются снова), 6-310-1 представляет LEO-спутник, выключающий лучи в следующей момент времени около восходящего узла, где аргумент широты текущего LEO-спутника равен -1/2γ, и γ представляет фазовый угол двух смежных LEO-спутников, 6-310-2 представляет LEO-спутник, выключающий лучи в следующей момент времени около нисходящего узла, где аргумент широты текущего LEO-спутника равен -1/2γ+180 градусов, 6-310-3 представляет LEO-спутник, ожидающий выключения лучей, чтобы выполнять преобразование смещения луча около арктического полюса (LEO-спутник выключает лучи после того, как лучи входят в область покрытия с двойным перекрытием на арктическом полюсе, предоставленную посредством других спутников на смежной орбите, и допустимый запас резервируется), 6-310-4 представляет LEO-спутник, ожидающий выключения лучей, чтобы выполнять преобразование смещения луча около антарктического полюса (LEO-спутник выключает лучи после того, как лучи входят в область покрытия с двойным перекрытием на антарктическом полюсе, предоставленную посредством других спутников на смежной орбите, и допустимый запас резервируется).
1
2
1
2
1
2
[0084] Для углов смещения спутников на стороне восходящего узла или на стороне нисходящего узла, требуется удовлетворять следующим двум условиям одновременно. При одном условии, требуется то, что углы смещения превышают критический угол θ смещения таким образом, что углы развязки лучей между лучами, принимаемыми из GEO-спутника, и лучами, принимаемыми из LEO-спутника в любой позиции, превышают или равны критическому углу β предотвращения помех. При другом условии, требуется то, что углы смещения превышают критический угол θ смещения, соответствующий покрытию с двойным перекрытием, сформированному посредством смежных LEO-спутников на обеих сторонах восходящего узла или нисходящего узла. Угол смещения равен максимуму критических углов θ и θ смещения. На предмет определений критических углов θ и θ смещения, можно обращаться к фиг. 2 и 3.
1
[0085] Чтобы обеспечивать то, что минимальный угол развязки лучей между LEO-спутником с аргументом ω (который равен половине фазового угла γ смежных LEO-спутников на идентичной орбите в настоящем раскрытии сущности и показан на фиг. 3) широты и углом φ полуконуса луча и GEO-спутника с орбитальным наклоном в 0 градусов (т.е. орбитальная плоскость совпадает с экваториальной плоскостью) превышает критический угол β предотвращения помех, критический угол θ смещения вычисляется посредством следующих уравнений:
E
LEO
GEO
1
[0086] В вышеприведенных уравнениях, радиус RЗемли, высота H орбиты LEO-спутника, высота H орбиты GEO-спутника, угол φ полуконуса луча, критический угол θ смещения, критический угол β предотвращения помех и аргумент ω широты LEO-спутника показаны на фиг. 2; ω равен 1/2γ, где γ представляет фазовый угол двух смежных LEO-спутников и показан на фиг. 3; α и η представляют угловые переменные. Вышеприведенные уравнения представляют аналитический способ после упрощения проектирования и разработки. Поскольку GEO-спутники находятся достаточно высоко относительно LEO-орбит, точность результата, полученного посредством упрощенного вычисления, является достаточной для проектирования и разработки. Критический угол смещения дополнительно может разрешаться посредством числовой итерации.
1
[0087] В случае если LEO-спутник должен совместно использовать радиоспектр с околоэкваториальным GEO-спутником, имеющим небольшой угол Δi наклона (где Δi не превышает 1/2γ, и γ представляет фазовый угол двух смежных LEO-спутников), относительно больший угол смещения требуется для того, чтобы предотвращать радиочастотные помехи. В этом случае, критический угол β предотвращения помех, соответствующий GEO-спутнику с орбитальным наклоном в 0 градусов, совместно использующих радиоспектр, достигается посредством критического угла θ смещения в позиции с аргументом ω широты, равным 1/2γ-Δi.
2
[0088] Критический угол θ смещения может разрешаться посредством использования числового итеративного алгоритма на основе предварительно определенных геометрических параметров, который показан на фиг. 3.
[0089] Следует отметить, что вышеприведенное вычисление заключается в том, чтобы получать минимальный критический угол смещения, требуемый для аргумента широты, равный ±1/2γ, для LEO-спутника. В случае если LEO-спутник одновременно совместно использует радиоспектр с несколькими GEO-спутниками, движущимися в различных позициях и имеющими различные углы наклона, максимум из критических углов смещения, соответствующих нескольким GEO-спутникам, определяется как минимальный критический угол смещения LEO-спутника.
[0090] Фиг. 6 показывает сценарий, в котором широты смежных LEO-спутников на обеих сторонах восходящего узла и нисходящего узла равны половине фазовых углов смежных LEO-спутников. В сценарии, лучи LEO-спутников на обеих сторонах восходящего узла и нисходящего узла включаются, чтобы формировать хорошее покрытие с двойным перекрытием около восходящего узла и нисходящего узла. В следующий момент времени, лучи LEO-спутника 6-310-1 непосредственно позади восходящего узла должны выключаться, и лучи LEO-спутника 6-310-2 непосредственно позади нисходящего узла должны выключаться.
[0091] Фиг. 6 дополнительно показывает процесс формирования зазора в области покрытия около арктического полюса вследствие выполнения преобразования смещения луча. Направление смещения лучей LEO-спутника 6-310-3 является противоположным направлению смещения лучей смежного спутника перед LEO-спутником. Лучи LEO-спутника включаются в текущий момент времени. Когда лучи LEO-спутника перемещаются вперед до тех пор, пока LEO-спутники на других смежных орбитах не предоставляют область покрытия с двойным перекрытием, и допустимый запас не резервируется, лучи выключаются. Помимо этого, преобразование смещения луча выполняется для того, чтобы регулировать направление смещения лучей в другую сторону, и градус смещения луча остается неизменным. При условии, что LEO-спутник 6-310-3 выполняет преобразование смещения луча и включает лучи снова в фазовый интервальный период смежных LEO-спутников, максимальная потенциальная дальность зазора, сформированная посредством LEO-спутника на текущей орбите, показывается в 6-230. Процесс преобразования смещения луча LEO-спутника 6-310-4 около антарктического полюса является аналогичным процессу преобразования смещения луча LEO-спутника 6-310-3.
[0092] Фиг. 7 показывает покрытие луча после того, как LEO-спутник перемещается вперед на половину фазового угла смежных спутников на основе фиг. 6, т.е. показывает сценарий, в котором LEO-спутник на текущей орбите проходит через восходящий узел и нисходящий узел. На фиг. 7, 7-110 представляет Землю, 7-120 представляет арктический полюс, 7-130 представляет антарктический полюс, 7-140 представляет LEO-спутник, 7-150 представляет полярную орбиту LEO, 7-160 представляет экватор, 7-170 представляет направление перемещения LEO-спутника, 7-230 представляет максимальную дальность зазора в области покрытия, вызываемую посредством преобразования постоянного смещения луча, выполняемого посредством LEO-спутника при входе в арктический полюс, 7-240 представляет максимальную дальность зазора в области покрытия, вызываемую посредством преобразования постоянного смещения луча, выполняемого посредством LEO-спутника при входе в антарктический полюс, 7-310-1 представляет LEO-спутник, выключающий лучи около восходящего узла (LEO-спутник выключает лучи при входе в позицию около экваториальной южной широты, аргумент широты равен -1/2γ, γ представляет фазовый угол двух смежных LEO-спутников, и преобразование смещения луча выполняется после того, как лучи выключаются), 7-310-2 представляет LEO-спутник, выключающий лучи около нисходящего узла (LEO-спутник выключает лучи при входе в позицию около экваториальной северной широты, аргумент широты равен -1/2γ+180 градусов, γ представляет фазовый угол двух смежных LEO-спутников, и преобразование смещения луча выполняется после того, как лучи выключаются), 7-310-3 представляет LEO-спутник, выключающий лучи около арктического полюса (преобразование смещения луча выполняется после того, как лучи выключаются), и 7-310-4 представляет LEO-спутник, выключающий лучи около антарктического полюса (преобразование смещения луча выполняется после того, как лучи выключаются).
1
2
[0093] Фиг. 6 и 7 показывают смещение луча, моменты времени, в которые преобразование смещения луча выполняется, и моменты времени, в которые выключаются лучи LEO-спутников на идентичной орбите. Больший из критического угла θ смещения и критического угла θ смещения определяется в качестве угла смещения лучей LEO-спутника, обеспечивая непрерывное покрытие посредством LEO-спутников около экватора и обеспечивая то, что угол развязки лучей между лучами, принимаемыми из GEO-спутника, и лучами, принимаемыми из LEO-спутника в любой позиции около экватора, превышает или равен критическому углу β предотвращения помех.
[0094] Фиг. 8 показывает сценарий, в котором LEO-спутники на нескольких смежных орбитах выполняют преобразование смещения луча при входе в область покрытия с двойным перекрытием арктического полюса или уходе из области покрытия с двойным перекрытием арктического полюса. В сценарии, наибольший зазор в области покрытия, вызываемый посредством преобразования смещения луча, выполняемого посредством LEO-спутника на i-ой орбите при входе в область около арктического полюса, может покрываться посредством лучей других LEO-спутников на смежных (i-1)-ой и (i+1)-ой орбитах. На фиг. 8, 8-110 представляет i-ую орбиту; 8-120 представляет (i-1)-ую орбиту, 8-130 представляет (i+1)-ую орбиту; 8-210 представляет максимальную потенциальную дальность зазора в области покрытия, сформированную посредством LEO-спутника на i-ой орбите, который выполняет преобразование смещения луча после входа в арктический полюс, причем максимальная потенциальная дальность зазора включает в себя дальность зазора, сформированную посредством обратно смещенных лучей на i-ой орбите, и дальность подлежащих выключению лучей, и LEO-спутники на (i+1)-ой орбите и (i-1)-ой орбите могут предоставлять услуги непрерывного покрытия после того, как LEO-спутник на i-ой орбите входит в область покрытия с двойным перекрытием на арктическом полюсе; 8-220 представляет максимальную потенциальную дальность зазора в области покрытия, сформированную, когда LEO-спутник на (i-1)-ой орбите, уходящий из арктического полюса, выполняет преобразование смещения луча, при котором максимальный потенциальный зазор формируется посредством обратно смещенных лучей на (i-1)-ой орбите и подлежащих выключению лучей, 8-230 представляет максимальную потенциальную дальность зазора в области покрытия, сформированную вследствие того, что LEO-спутник на (i+1)-ой орбите выполняет преобразование смещения луча после ухода из арктического полюса, причем максимальная потенциальная дальность зазора включает в себя дальность зазора, сформированную посредством обратно смещенных лучей на (i+1)-ой орбите, и дальность подлежащих выключению лучей; 8-310 представляет лучи, которые должны выключаться посредством LEO-спутника на i-ой орбите, LEO-спутник выключает лучи после того, как все лучи входят в арктическую область покрытия с двойным перекрытием, предоставленную посредством других LEO-спутников на смежной орбите, и допустимый запас резервируется, и преобразование смещения луча должно выполняться после того, как лучи выключаются; 8-320 представляет лучи, которые должны выключаться посредством LEO-спутника на (i-1)-ой орбите 8-320; 8-330 представляет лучи, которые должны выключаться посредством LEO-спутника на (i+1)-ой орбите; и 8-410 представляет критическую широту субспутниковой точки LEO-спутника, соответствующей области покрытия с двойным перекрытием на арктическом полюсе. Для лучей 8-320 и 8-330, преобразование смещения луча выполняется после того, как лучи 8-320 и 8-330 выключаются. Последний момент времени для выполнения преобразования смещения луча представляет собой момент времени, в который задний фронт лучей смежного LEO-спутника на идентичной орбите находится в пределах области покрытия с двойным перекрытием на арктическом полюсе, и допустимый запас резервируется после выполнения преобразования смещения текущего луча и включения лучей. В вышеуказанном процессе, LEO-спутники на нечетной и четной орбитах, соответственно, выполняют преобразование смещения луча для достижения или ухода с позиции в области покрытия с двойным перекрытием, чтобы достигать максимального временного интервала обработки преобразования. При использовании способа согласно настоящему раскрытию сущности, можно обеспечивать в максимально возможной степени то, что в процессе выполнения преобразования смещения луча и прекращения услуги обеспечения покрытия луча посредством LEO-спутника на i-ой орбите при входе в область покрытия с двойным перекрытием арктического полюса, LEO-спутники на смежных (i-1)-ой и (i+1)-ой орбитах могут предоставлять услуги обеспечения покрытия луча. Преобразование смещения луча, выполняемое около антарктического полюса, является аналогичным преобразованию смещения луча, выполняемому около арктического полюса, и идентичный способ может использоваться.
[0095] Фиг. 9 является принципиальной схемой расположения двигателя малой тяги для управления орбитой в случае, если постоянное смещение луча выполняется посредством смещения ориентации оси наклона в продольном направлении LEO-спутника. На фиг. 9, 9-110 представляет Землю, 9-120 представляет арктический полюс, 9-130 представляет антарктический полюс, 9-140 представляет LEO-спутник, 9-150 представляет двигатель малой тяги для управления орбитой, 9-160 представляет экватор, 9-170 представляет направление перемещения спутника, 9-180-1 представляет выполнение преобразования смещения луча посредством вращения LEO-спутника вокруг оси наклона в продольном направлении LEO-спутника вдоль направления по оси +Y около восходящего узла, 9-180-2 представляет выполнение преобразования смещения луча посредством вращения LEO-спутника вокруг оси наклона в продольном направлении LEO-спутника вдоль направления по оси -Y около арктического полюса, 9-180-3 представляет выполнение преобразования смещения луча посредством вращения LEO-спутника вокруг оси наклона в продольном направлении LEO-спутника вдоль направления по оси +Y около нисходящего узла, и 9-180-4 представляет выполнение преобразования смещения луча посредством вращения LEO-спутника вокруг оси наклона в продольном направлении LEO-спутника вдоль направления по оси -Y около антарктического полюса. На фиг. 9, приспосабливается расположение двигателя малой тяги для управления орбитой, при котором двигатель малой тяги для управления орбитой предварительно смещает LEO-спутник в противоположном направлении вдоль оси наклона в продольном направлении, в таком случае тяга вдоль тангенциального направления орбиты и с прохождением через центроид LEO-спутника формируется. За счет расположения двигателя малой тяги для управления орбитой, коррекция орбиты в тангенциальном направлении орбиты выполняется в процессе постоянного смещения ориентации. T1, T2, T3 и T4 показывают местоположения, в которых может развертываться двигатель малой тяги для управления орбитой.
[0096] Фиг. 10 является принципиальной схемой, показывающей решение по выполнению преобразования смещения луча посредством вращения LEO-спутника на 180 градусов вокруг оси наклона относительно вертикальной оси (указывающей на центр Земли). На фиг. 10, способ расположения с предварительным смещением луча используется, и коррекция орбиты в тангенциальном направлении орбиты выполняется с постоянным смещением луча. На фиг. 10, 10-110 представляет Землю, 10-120 представляет арктический полюс, 10-130 представляет антарктический полюс, 10-140 представляет LEO-спутник, 10-150 представляет двигатель малой тяги для управления орбитой, 10-160 представляет экватор, 10-170 представляет направление перемещения спутника, 10-180-1 представляет выполнение преобразования смещения луча посредством вращения LEO-спутника на 180 градусов вокруг оси наклона относительно вертикальной оси LEO-спутника около восходящего узла, 10-180-2 представляет выполнение преобразования смещения луча посредством вращения LEO-спутника на 180 градусов вокруг оси наклона относительно вертикальной оси LEO-спутника около арктического полюса, 10-180-3 представляет выполнение преобразования смещения луча посредством вращения LEO-спутника на 180 градусов вокруг оси наклона относительно вертикальной оси LEO-спутника около нисходящего узла, и 10-180-4 представляет выполнение преобразования смещения луча посредством вращения LEO-спутника на 180 градусов вокруг оси наклона относительно вертикальной оси LEO-спутника около антарктического полюса. Двигатель малой тяги для управления орбитой может размещаться нормально. T1 и T2 показывают местоположения, в которых может развертываться двигатель малой тяги для управления орбитой. В этом случае, проекция луча на сферу оптимизируется на основе кривизны Земли вследствие состояния стабильного смещения.
[0097] Из фиг. 6-10 можно видеть, что лучи находятся в состоянии постоянного смещения луча при предоставлении услуг, и угловые скорости лучей LEO-спутника относительно Земли являются идентичными угловой скорости LEO-спутника относительно Земли.
[0098] Полярная орбита LEO-спутника и экваториальная орбита GEO-спутника описываются в вариантах осуществления настоящего раскрытия сущности. После прочтения содержимого настоящего раскрытия сущности, специалисты в данной области техники должны знать то, как реализовывать и использовать варианты осуществления настоящего раскрытия сущности. Например, другие спутниковые LEO-системы с большим наклоном совместно используют радиоспектр со спутником с орбитальным наклоном на околоэкваториальной высокой орбите. В общем, требуется то, что угол Δi наклона спутников в высокой орбите меньше 1/2γ, и γ представляет фазовый угол двух смежных LEO-спутников. Помимо этого, орбита высокоорбитального спутника выше орбиты низкоорбитального спутника.
[0099] Чтобы интуитивно иллюстрировать преимущества с точки зрения затрат для способа постоянного смещения луча, предоставляются подробные описания с рассмотрением низкоорбитальной спутниковой системы в качестве примера.
[0100] Предполагается, что базовые параметры низкоорбитальной спутниковой системы являются следующими. Высота орбиты составляет 1200 километров, орбитальный наклон составляет 87,9 градусов, и число орбит равно восемнадцати. На каждой из орбит, LEO-спутники распределяются с равными интервалами, и число LEO-спутников равно пятидесяти. В случае если лучи не смещаются, область покрытия луча каждого из LEO-спутников имеет угол полуширины в ±22 градуса с севера на юг и в ±26,5 градусов с востока на запад (область покрытия луча составляет 986 километров в направлении север-юг и 1228 километров в направлении восток-запад). Области покрытия смежных LEO-спутников перекрывают 163 километра в направлении север-юг без смещения лучей. Когда подспутниковая точка LEO-спутника входит в область между северной и южной широтами в 63 градуса, спутниковая LEO-система может предоставлять двойное или сверхперекрывающееся покрытие в арктическом регионе и антарктическом регионе.
[0101] На основе способа прогрессивного смещения луча, критический угол β предотвращения помех равен 7 градусам таким образом, что LEO-спутник может совместно использовать радиоспектр с GEO-спутником с орбитальным наклоном в 0 градусов. Исходная позиция прогрессивного смещения выбирается из области между широтой на юг в 55 градусов и широтой на север в 55 градусов. Для восходящего узла, в случае, если аргумент широты LEO-спутника равен -3,6 градуса, требуется максимальный угол смещения в 25 градусов, и направление смещения представляет собой экваториальное направление; и в случае, если аргумент широты LEO-спутника равен 3,6 градуса, требуется максимальный угол смещения в 25 градусов, и направление смещения представляет собой экваториальное направление. Для нисходящего узла, в случае, если аргумент широты LEO-спутника равен 176,4 градусов, требуется максимальный угол смещения в 25 градусов, и направление смещения представляет собой экваториальное направление; и в случае, если аргумент широты LEO-спутника равен 183,6 градусов, требуется максимальный угол смещения в 25 градусов и направления смещения представляет собой экваториальное направление. Посредством оптимизации способа прогрессивного смещения луча, ширина области покрытия с минимальным перекрытием луча в направлении север-юг между смежными LEO-спутниками составляет 88 километров.
[0102] В случае если способ постоянного смещения луча согласно настоящему раскрытию сущности приспосабливается для идентичных конфигурационных параметров созвездия, угол полуширины области покрытия луча одного LEO-спутника должен составлять между 18 градусами с севера на юг и 26,5 градусами с востока на запад. В этом случае, угол постоянного смещения луча равен 21 градусу. Для восходящего узла, в случае, если аргумент широты равен ±3,6 градусов, угол смещения луча равен 21 градусу таким образом, что минимальный угол развязки лучей между LEO-спутником и GEO-спутником может превышать 7 градусов. При использовании способа постоянного смещения луча, ширина области покрытия с перекрытием луча между смежными LEO-спутниками в направлении север-юг составляет 159 километров, что лучше ширины области покрытия с минимальным перекрытием луча в направлении север-юг согласно способу прогрессивного смещения луча. Для нечетной орбиты, преобразование смещения луча выполняется, когда подспутниковая точка LEO-спутника достигает широты на север в 65 градусов. Для четной орбиты, преобразование смещения луча выполняется, когда подспутниковая точка LEO-спутника уходит из широты на север в 65 градусов. Все преобразование смещения луча завершается в пределах фазового интервального периода смежных LEO-спутников. Преобразование смещения луча, выполняемое около нисходящего узла и антарктического полюса, является аналогичным преобразованию смещения луча, выполняемому около восходящего узла и арктического полюса.
[0103] Согласно способу прогрессивного смещения луча, в случае если угол смещения составляет 25 градусов, и угол полуширины области покрытия луча составляет между широтой на север в 22 градуса и широтой на юг в 22 градуса, ширина области покрытия луча составляет 1421 километр. Согласно способу постоянного смещения луча, в случае если угол смещения составляет 21 градус, и угол полуширины области покрытия луча составляет между широтой на север в 18 градусов и широтой на юг в 18 градусов, ширина области покрытия луча составляет 982 километра.
[0104] Отношение ширины области покрытия луча согласно способу постоянного смещения луча к ширине области покрытия луча согласно способу прогрессивного смещения луча составляет 82%. В случае максимального смещения, отношение области покрытия согласно способу постоянного смещения луча к области покрытия согласно способу прогрессивного смещения луча составляет 69%.
[0105] Угол смещения согласно способу постоянного смещения луча меньше угла смещения согласно способу прогрессивного смещения луча, и в силу этого потери в тракте передачи согласно способу постоянного смещения луча меньше потерь в тракте передачи согласно способу прогрессивного смещения луча.
[0106] Дополнительно, при условии, что плотность потока согласно способу постоянного смещения луча равна плотности потока согласно способу прогрессивного смещения луча, в случае максимального смещения, мощность полезной нагрузки LEO-спутника согласно способу постоянного смещения луча составляет только 69 процентов от мощности полезной нагрузки LEO-спутника согласно способу прогрессивного смещения луча.
[0107] Из сравнения вышеуказанных базовых параметров можно видеть то, что затраты на разработку LEO-спутника согласно способу постоянного смещения луча могут значительно уменьшаться.