卫星最多的行星范文

卫星最多的行星篇1

卫星出行方式演变史

在刚刚诞生的一段时间内，卫星发射都是享受“专车”待遇，也就是一枚运载火箭只运送一颗卫星进入太空。随着航天科技的发展，火箭的运送能力有了巨大的进步，偌大的火箭只搭载一名“乘客”实在太浪费，于是卫星发射进入到“拼车”模式：1960年，美国首次用一枚火箭发射了两颗卫星，1961年又实现了一箭三星。苏联和欧洲航天局紧跟美国的脚步，很快也实现了“一箭多星”的成功发射。1981年9月，中国用“风暴一号”运载火箭将一组三颗“实践二号”卫星送入地球轨道，成为第四个独立掌握“一箭多星”发射技术的国家。随后，印度、日本也成功实现了一箭

2008年以前，一箭多星的“多”还维持在个位数。而现在，一箭多星已经进入“豪华大巴”模式――一次发射几十甚至上百颗卫星。在过去十多年里，“一箭多星”的发射次数已占世界运载火箭发射总次数的四分之一。

2008年4月28日，印度用四级PSLV-C9型火箭将10颗卫星送上太空。

2013年11月19日，美国轨道科学公司的“ 米诺陶一号”火箭同时把29颗卫星送入地球轨道。

2013年11月21日，俄罗斯用一枚“第聂伯”运载火箭顺利发射了32颗卫星。

2014年6月20日，俄罗斯又使用“第聂伯”运载火箭一次把37颗微型地球遥感卫星送入轨道。

2015年9月20日，中国用“长征六号”火箭一次将20颗卫星送上太空，创造了国内单次发射

卫星数量之最，也夺得亚洲纪录。

2016年6月22日，印度用PSLV-C34极轨卫星运载火箭将20颗卫星送入太空。

2017年2月15日，印度用PSLV-C37极轨卫星运载火箭成功实现“一箭104星”发射，打破俄罗斯“一箭37星”的世界纪录，是迄今人类单次发射卫星数量最多的一次。

知道多一点

卫星能飞多久？

这不就是卫星在轨寿命吗！卫星在轨寿命是指卫星在轨道上存留的时间，是卫星进入轨道到陨落经过的时间。卫星在轨寿命的影响因素有很多，最主要的因素就是地球大气的阻碍作用。卫星运行高度越低，大气密度就越稠密，卫星在轨寿命也就越短。1959年2月，美国发射的人类历史上第一颗侦察卫星“发现者1号”，其近地点高度约114千米，在轨寿命仅有3天。

一箭多星的秘密

那么，火箭是怎样一次将多颗卫星送入轨道的呢？

首先，要能装下这么多卫星。这个看似“废话”的要求其实并没有想象中那么容易，而是对火箭运载能力和卫星微小化技术的检验。就好比一部电梯，动力越大，就能运送更多乘客；每位乘客的身材越娇小，搭乘的人数也就越多。早期的卫星都是“大块头”，一个就有成百上千千克，一次运载多颗卫星对火箭的运载能力是个挑战。现在，卫星越来越“迷你”，特别是纳米卫星，重量仅几千克，装上几十个也不是问题。另外，还要考虑卫星与火箭之间的机电接口的兼容性问题：目前全世界还没有统一的卫星接口标准，来自不同“家族”的卫星有不同的机电接口，就像有的是用写信来和火箭沟通，而有的却用手机QQ，这给星箭协调带来了极大的不便。解决了这些问题，才可能实现“一箭多星”。

其次，就是如何把多个卫星顺利送入轨道。在国际上，一箭多星的发射常用两种方式。

第一种是将多颗卫星一次送入相同轨道，就像一辆装满包裹的货车，在指定的道路上，一边行驶一边往下扔包裹（乐乐姐姐：不文明行为，请勿模仿），因而也被形象地称为“撒土豆”。这种发射方式不仅技术难度相对较低，还可以防止卫星释放时与运载火箭或其他卫星发生碰撞。

第二种方式则是分次分批⑽佬撬腿氩煌轨道，这种方式的技术难度就高得多了。为了保证各个卫星与火箭顺利分离并精确入轨，需要为不同轨道的卫星配备专用的“太空摆渡车”――上面级。上面级是在火箭上增加的一级独立飞行器。当火箭将其运送到一定轨道后，能多次点火启动，将一个或多个航天器送入不同轨道空间，就像摆渡车将“乘客”送到不同航站楼。

“长征六号”的一箭20星怎么下“车”？

2015年9月20日，中国“长征六号”运载火箭成功实现了一箭20星发射。这20颗卫星中最大的约100千克，最小的子星只有几十克，比一部手机还小。它们被分成3层，呈金字塔形排列：第一层是1颗主星抱着1颗子星；第二层有4颗主星，其中1颗主星的怀中抱着5颗子星；第三层安放5颗主星，其中两颗主星各自抱着两颗子星。这样的多星布局设计是为了保证各颗卫星分离时留有足够的安全距离。

火箭到达既定轨道后，将这20颗卫星按照第一层到第三层的顺序分4次释放（其中第三层的5颗主星分两次释放），每次释放只间隔几十秒的时间。主星“怀抱”中的10颗子星再择机释放。

世界之最：一箭104星

2017年2月15日，印度空间研究组织（ISRO）在印度南部的萨迪什・达万航天中心成功发射一箭104星，是迄今人类单次发射卫星数量最多的一次。

执行这次任务的印度极轨卫星运载火箭PSLV-C37是一枚四级运载火箭，能够运送约3.5吨的重量。搭乘的104颗卫星中，只有3颗属于印度，其中包括这次发射的主角――重达714千克的遥感卫星Cartosat-2D。主星以外的其他103颗卫星重量共计664千克。

美国的96颗卫星中，有88颗卫星都属于一家叫“星球实验室”的地球图像公司。这88颗昵称为“鸽子”的小卫星属微小卫星中的“立方星”，每颗仅重5千克，它们被送往500千米高的太阳同步轨道。

虽然卫星数量多，但它们的轨道相似，发射方式是属于我们前面说过的第一种“撒土豆”式，因而技术难度主要在于防止星箭之间和卫星之间的碰撞。火箭升空后的17分半钟，释放了第一颗卫星――本次发射的主角Cartosat-2D；10秒钟后，INS-IA、INS-IB两颗卫星相继释放，间隔仅0.5秒；在接下来的十分钟内，剩余的101颗卫星全部成功释放，先是88颗“鸽群”卫星以4颗为一组进行释放，然后才是剩余的13颗小卫星。在不到600秒的时间内，101颗卫星以约每秒钟7.5千米的超高速（相当机平均速度的40倍）被依次送入太空。

要确保这么多小星星不会“打架”，确实是一个了不起的成就。

看了上面的介绍，大家对于“一箭多星”是否有了更多的了解了？现在问题来了――我国研制的“远征一号”上面级是在哪一年成功首飞的呢？

A. 2013 B. 2014 C. 2015

卫星最多的行星篇2

面向海上台风监测、海上溢油监测和森林火灾监测等典型应用主题对多源遥感卫星协同观测的复杂任务要求，研究面向应用主题的多源遥感卫星需求建模方法，开展典型应用主题的多样化需求建模、多源卫星观测能力建模和多源卫星协同观测策略建模研究，并基于上述模型开展多源卫星协同观测策略建模研究，为多星协同任务规划提供优化目标和约束条件，并完成相关模型方法的软件实现。

【关键词】遥感卫星 应用主题 需求建模 协同观测

1 问题概述

1.1 研究现状

遥感卫星需求建模是对卫星观测任务的要求进行定义、量化和综合的过程，也是对不同类型的应用需求进行统筹、提高应用需求满足度的过程，是卫星任务规划的优化目标，是确保任务规划结果的正确性、合理性的基础，也是卫星观测应用效能充分发挥的基础。早期遥感卫星需求建模以简单的轨道覆盖需求为主，主要用于单一遥感卫星、单一观测任务的访问时间窗任务规划；随着遥感卫星功能性能的提升、应用领域的扩展和卫星数量的增多，遥感卫星需求建模开始关注空间分辨率、载荷谱段、侧摆范围等多要素的整体需求建模，为多源卫星的多任务规划提供支撑。

1.2 主要问题

目前遥感卫星需求建模存在的主要问题是：在需求模型要素体系构建方面，虽然在观测需求模型中已开始考虑分辨率、载荷谱段等观测能力指标要求，但这些单纯的指标要求并不能全面完整反映卫星遥感应用，例如国土、海洋、林业、减灾等业务应用领域的应用需求，缺乏将最终应用需求转化为卫星观测能力指标和工作约束条件的模型；在多星协同观测需求建模方面，虽然在需求模型中已开始引入多星、多任务及任务协作的观测要求，但这种需求模型通常与具体的应用场景联系不密切，没有从应用目的对多源卫星协同观测的要求出发开展协同观测需求建模。

上述传统的遥感卫星需求建模方法，在当今卫星遥感应用在响应时效性、手段综合性、任务精准性等要求日益突出，遥感卫星多星组网协同观测能力持续提升的背景下，愈来愈难以适应满足复杂多样应用需求、提升任务规划有效性、发挥多源卫星系统综合效能的要求。因此亟需面向若干典型应用主题，开展多源遥感卫星需求建模方法研究，为充分发挥多源遥感卫星针对复杂应用任务的综合效能奠定技术基础。

2 基本模式

面向应用主题的多源遥感卫星需求建模与任务规划的基本模式是：

（1）首先进行典型应用主题的多样化需求建模，采用统一的需求定义模板，将不同应用主题的差异化需求转化为结构统一、参量各异的定量化需求模型；

（2）其次进行多源卫星观测能力建模，同样采用统一的约束定义模板，将不同卫星的轨道、姿态、成像等观测能力约束条件转化为统一的观测能力模型；

（3）然后进行多源卫星协同观测策略建模，根据不同应用主题的观测要求，按照观测任务间的逻辑与时序关系，构建多源卫星的协同观测策略组合；

（4）进而开展应用需求与卫星观测能力模型关联分析，通过应用需求模型各参量与观测能力模型各参量间的映射关系，将各自应用主题的应用需求转化为卫星观测能力约束条件，筛选出观测能力约束条件满足应用需求的卫星及其载荷资源；

（5）最后进行多源卫星协同任务规划，基于模型关联分析得到的可用卫星及其载荷资源，按照上文构建的观测策略组合，针对观测目标进行访问时间窗计算，在消解访问冲突后得到任务规划结果；如果结果不满足应用需求，则可通过调整应用需求或卫星观测能力的模型设置，通过迭代修正进行优化

面向应用主题的多源遥感卫星需求建模与任务规划的基本模式如图 1所示。

3 建模与分析方法

3.1 典型应用主题的多样化需求建模方法

传统的遥感卫星任务调度方法对观测需求通常只考虑任务目标区域可覆盖、任务时间不超出给定范围等指标，很少从特定应用对观测资源和能力的要求出发，包含分辨率、观测谱段、协同观测时序等应用能力指标的观测需求模型。典型应用主题的多样化需求建模方法流程如图 2所示。

（1）确定所需观测的应用主题，例如海上台风监测、海上溢油监测、森林火灾监测等应用主题，记为A；

（2）基于给定的应用主题A，提取和筛选应关注的重点观测目标，目标形态可以是点目标、线目标或区域目标，目标数量可以是单个也可以是多个，目标状态可以是静止目标、固定时敏目标或位置移动目标，这些观测目标记为T1，T2……Tm，m为观测目标数量；

（3）针对观测目标Ti（i=1，2……m），从发现、识别、确认、量测、属性分析等应用要求与观测信息提取程度出发，构建相应目标的观测特征要素体系，例如位置、尺寸、形态、色调、纹理、光谱、空间结构等，这些特征记为S1，S2……Sn，n为观测目标Ti数量；

（4）针对特征要素Sj（j=1，2……n），使用通用的观测指标体系，例如覆盖范围、空间分辨率、光谱谱段、观测频次、响应时长等，对每一个观测目标特征要素的观测需求进行定量化的描述，这些指标记为X1，X2……Xr，r为观测目标Ti的特征Sj数量；

（5）根据应用主题A对上述特征要素S1，S2……Sn观测需求的优先度差异，以及获取不同类型特征要素间内在的逻辑关系，构建不同特征要素在时序与优先级上的逻辑关系，用函数表示为F（X1，X2……Xr）。

完成上述流程后，面向给定典型应用主题的多样化需求模型即构建完成，该需求模型是面向应用主题的多源遥感卫星需求建模的初始条件，也是多源卫星协同任务规划的规划目标。

3.2 多源卫星观测能力建模方法

对遥感卫星及其载荷的观测能力建模，定量描述卫星及其载荷能力约束条件，是多源遥感卫星需求建模和任务规划的基本要求。传统的遥感卫星任务调度方法的卫星及载荷能力约束条件一般只考虑轨道、姿态、载荷视场等特性，某些场合增加一些卫星能源、数据存储方面的约束，但很少考虑成像质量、响应时效性、信息获取能力等卫星应用能力约束条件。多源卫星存在应用对象复杂、卫星性能多样、应用能力不一等特点，若采用传统方法存在卫星及载荷能力约束与应用需求相脱节的问题。多源卫星及载荷多样化能力建模方法基于不同卫星各自的平台、载荷等性能指标及其成像能力，构建跨卫星、跨载荷的多源卫星观测能力指标体系，将个别的、具体的卫星观测能力指标转为一般的、通用的卫星观测能力模型，以适应多源卫星协同观测的需要。多源卫星观测能力建模方法如图 3所示。

（1）根据给定的应用主题A，以及给定可用的多源遥感卫星W1，W2……Wr（r为卫星数量），识别出卫星及其载荷观测能力的共性要素，例如轨道、姿态、成像质量、信息获取能力等，记为P1，P2……Pm，m为共性要素数量；

（2）针对要素Pi（i=1，2……m），按照不同观测能力要素的特点，分别用不同方法构建要素Pi的描述模型，例如：对于轨道要素可用二体运动模型、J2模型、两行根数模型等进行公式化的描述，对于姿态要素可用姿态参数序列等进行序列化的描述，对于成像质量要素可用包含空间分辨率、光谱谱段、视场角、信噪比等参量进行指数化的描述，对于信息获取能力可用是否具备立体观测能力、是否具备全天候观测能力等进行模板化的描述；

（3）针对要素Pi（i=1，2……m）的描述模型，确定其模型参数，记为Q1，Q2……Qn，n为模型参数数量，从而使得要素Pi的模型可用函数G（Q1，Q2……Qn）表示，例如：对于轨道模型中的二体模型可用轨道六根数作为模型参数，对于姿态模型可用滚动、俯仰、偏航三轴姿态角的时序参数作为模型参数；

（4）从全部给定可用卫星中，选定卫星Wj（j=1，2……r），其中若一颗卫星有多个载荷，因不同载荷的观测能力存在差异，可将同一卫星的不同载荷也等同于多个卫星；

（5）对选定的卫星Wj（j=1，2……r）的模型参数Q1，Q2……Qn进行量化，具体参数量化值可来自于卫星设计参数、地面测试参数或在轨运行监测参数。

上述步骤即是多源卫星观测能力建模方法的基本流程，完成这一过程即为多源卫星需求建模和协同任务规划提供了基本约束条件。

3.3 多源卫星协同观测策略建模方法

上述卫星观测能力建模完成后，各个卫星自身的观测能力即可得到定量化描述，但是多源遥感卫星协同观测与单星观测的区别除了卫星数量的增多、重访周期的缩短等外部特点以外，其本质特点在于通过多个遥感卫星及其载荷间的引导、互补、覆盖、接力、融合、多视角等关联性，实现单个卫星、单一观测手段难以实现的观测能力，使得多源卫星协同观测的整体观测能力大于各个单一卫星独立观测能力的总和。多源卫星协同观测主要有以下几种策略：

（1）引导协同策略：指的是以某一颗或某一类遥感卫星的观测结果，作为其它遥感卫星进行观测的引导信息，从而实现不同遥感卫星间的信息引导观测。例如：在森林火灾监测这一典型应用主题中，首先使用大幅宽但是空间、光谱分辨率较低卫星进行大范围的区域普查，发现疑似火点信息，然后再引导高光谱、高空间分辨率的卫星进行精细识别，从而实现森林火灾等目标的快速感知与精细识别的统一，提高卫星用于应急响应的应用能力；

（2）互补协同策略：指的是具备不同观测能力的多颗、多类遥感卫星，根据不同的观测条件，选择满足观测条件最优的卫星进行观测，从而实现不同遥感卫星信息获取手段上的互补，提高观测可靠性与有效性。例如：在海上船只识别这一典型应用主题中，当观测时段为白天、天气条件良好的情况下优先选用光学遥感卫星进行观测，而当观测时段为黑夜或天气条件恶劣的情况下则优先选用SAR遥感卫星进行观测，从而实现光学和SAR两种类型遥感卫星间的互补协同，最终实现对海上船只的全天候观测能力；

（3）覆盖协同策略：指的是多颗遥感卫星针对大范围区域目标，为各颗卫星分别指定不同观测区域，从而实现多颗遥感卫星对大范围区域的快速观测，减少或避免无效的重复观测，缩短整体观测周期，提升信息获取时效性；

（4）接力协同策略：指的是对同一目标，通过多个卫星在短时间内依次过境进行多次观测，延长对同一目标的整体观测时长，实现对同一目标特别是固定时敏目标或位置移动目标的连续观测能力。例如：在海上船只监测这一典型应用主题中，可以通过多颗卫星在短时间内连续通过目标区，实现十余分钟至数十分钟的连续监视，从而实现对海上船只运动过程、运动状态的观测；

（5）融合协同策略：指的是对同一目标，通过多种不同类型卫星或载荷分别进行观测，获取不同类型观测信息，对这些观测信息进行像素、特征或决策等不同尺度的信息融合处理，实现多种信息源的融合应用。例如：全色卫星载荷与多光谱卫星载荷融合便是典型的融合协同观测，可以实现对同一目标的高空间分辨率与高光谱分辨率信息融合应用。

（6）多视角协同策略：指的是对同一目标，通过多颗遥感卫星从多个角度同时或在较短时间内进行多次观测，从而不仅可以获取目标各个方向、各个角度的信息，更可以通过摄影测量处理获取目标的三维立体信息。

多源卫星协同观测策略建模的基本方法如图 4所示。

（1）确定协同观测策略类型：基于给定的典型应用主题A，从上述协同观测策略或更多的协同观测策略中，选取一种或多种多源遥感卫星协同观测策略类型，记为C；

（2）筛选协同观测卫星及其载荷资源：在给定的协同观测策略类型C条件下，从给定可用的多源遥感卫星W1，W2……Wr（r为卫星数量）中，选取若干遥感卫星及其载荷作为参与协同观测的卫星资源，记为K1，K2……Kl（l为参与协同观测的卫星数量）；

（3）定义多源卫星及其载荷观测时序：根据协同观测策略类型C，以及应用主题A和参与协同观测的卫星资源K1，K2……Kl等条件，同时考虑不同卫星及其载荷间的数据特征依赖关系，定义多颗遥感卫星协同观测的时序，包括一般意义上的时间顺序，也包括逻辑上的前后承接关系，例如：假设Ki为大幅宽、中低分辨率卫星资源，Kj为小幅宽、高分辨率卫星资源，在观测时Ki卫星首先进行大范围普查观测，Kj卫星然后进行小区域精细观测，则上述两颗卫星观测的时序可记为KiKj；

（4）定义多源卫星及其载荷多次观测的间隔时间要求：在确定多源卫星及其载荷观测时序后，进一步定义相邻时序的前序卫星资源观测事件与后续卫星资源观测事件的间隔时间要求，包括最小间隔时间和最大间隔时间，例如：对于卫星观测时序KiKj，其最小间隔时间记为ΔTmin，最大间隔时间记为ΔTmax；

（5）量化描述单次观测的特定观测条件：对于任意一次观测事件Ki，对其特定的观测条件，例如：卫星观测指向角、单次连续观测时长、是否要求立体成像等用量化指标进行描述，可以是指数型参数，也可以是状态型参数，记为Y1，Y2……Yh（h为单次观测的特点观测条件参数数量）。

通过上述步骤，即完成了多源卫星协同观测策略建模，为多源卫星需求建模和协同任务规划提供了协同观测约束条件。

3.4 应用需求与卫星观测能力模型关联分析方法

在典型应用主题的多样化需求建模、多源卫星观测能力建模和多源卫星协同观测策略建模完成后，以同类模型参数为纽带，构建典型应用主题的多样化需求模型的需求指标参数与多源卫星观测能力模型的卫星及载荷能力指标参数间的映射关系，实现“应用任务需求参数――卫星及载荷能力参数”的关联与转化；同时以卫星轨道运动模型为基础，将多源卫星协同观测策略模型的相关策略参数转化为时间序列事件，并引入卫星轨道运动时间序列中，从而实现将多源卫星协同观测策略模型参数转化为多源卫星观测能力模型附有时间条件的约束参数；最终基于卫星轨道运动模型及目标访问计算进行任务规划，得到满足给定应用需求与卫星观测能力的可用任务集。

应用需求与卫星观测能力模型关联分析基本流程如图 5所示。

（1）获取典型应用主题的多样化需求模型的模型参数集：这里的模型参数主要指需求模型特征参数X；

（2）获取多源卫星观测能力模型的模型参数集：这里的模型参数主要指卫星及载荷观测能力指标参数Q；

（3）需求与观测能力模型参数关联与转化：构建典型应用主题的多样化需求模型的模型参数集X与多源卫星观测能力模型的模型参数集Q两者间的同类型模型参数间的映射关系，例如：应用需求模型的空间分辨率参数为Xi，卫星观测能力模型的某卫星资源空间分辨率指标参数为Qj，则建立Xi到Qj的映射；

（4）卫星及载荷资源筛选：根据需求与观测能力模型参数的关联关系，通过模型参数比对分析，计算卫星观测能力参数是否满足应用需求参数的要求，筛选出满足要求的卫星及载荷资源；

（5）获取多源卫星协同观测策略模型参数集：这里的模型参数主要指策略条件参数Y；

（6）策略分解为时序事件：将设置的多源卫星协同观测策略Y按照策略中定义的事件的时间序列分解，构建时序事件Y（t），将协同观测策略用一系列卫星动作事件的时间序列来表示；

（7）策略时序事件关联与转化：将多源卫星协同观测策略时序事件Y（t）与经过卫星与载荷资源筛选的多源卫星观测能力模型的模型参数集Q进行关联，根据策略时序事件Y（t），分别为每一步时序事件设置对应的卫星观测能力模型参数；

（8）目标访问任务规划：在上述模型参数关联分析的基础上，基于卫星轨道模型进行目标访问计算，得到满足应用需求与卫星观测能力要求的观测任务序列。

上述步骤完成后，即完成了整个的面向应用主题的多源遥感卫星需求建模，从而将用户的观测应用需求，转化为符合卫星及载荷观测能力约束条件，并通过任务规划得到满足应用需求的观测任务，从而为卫星观测任务计划制定提供依据。

4 软件实现

基于上文所述的建模方法，面向海上台风监测、海上溢油监测和森林火灾监测等典型应用主题，以目前在轨的高分、资源、环境等国产遥感卫星为卫星资源，研制多源遥感卫星协同数据获取需求建模软件，实现面向应用主题的多源遥感卫星需求建模方法软件实现。

整个软件采用“平台+插件”的体系架构，构建统一的基础支撑平台，实现对处理数据、计算资源和模块插件的统一管理；上文所述的各个模型开发为相对独立的算法模块插件，可被软件基础支撑平台灵活调用，并通过不同插件之间的组合，形成不同的处理流程和完整的面向应用主题多源遥感卫星需求建模功能。

软件主要包括三大组成部分：观测需求分析软件、观测任务管理软件、分析结果可视化软件。观测需求分析软件实现对典型应用主题多样化需求的建模和多源卫星观测能力的建模，观测任务管理软件实现对多源卫星协同观测策略的定制以及任务规划分析，分析结果可视化软件实现对基于需求建模的任务规划分析结果三维可视化展示。

观测需求分析软件的整体界面及典型应用主题多样化观测需求配置界面分别如图 6和图 7所示。

观测任务管理软件的整体界面及多源卫星协同观测策略配置界面分别如图 8和图 9所示。

分析结果可视化软件的需求建模与任务规划分析结果界面如图 10所示。

5 结论

本文面向多源遥感卫星的协同观测应用需求，针对典型应用主题开展了了多样化需求建模研究；针对多星、多载荷的差异化观测能力与协同观测要求，开展了多源遥感卫星观测能力建模与多源卫星协同观测策略建模研究；并基于上述建模结果，开展了应用需求与卫星观测能力模型关联分析研究，实现应用需求向卫星观测能力的转化；最后对相关模型开发相应软件，完成面向应用主题的多源遥感卫星需求建模软件实现。

本文所述的面向应用主题的多源遥感卫星需求建模方法可以为复杂卫星对地观测任务的任务规划提供技术支撑，也可以为卫星遥感应用效能优化提供验证手段。同时，本文所研究的建模方法还只以若干典型应用主题为个别应用场景开展研究，模型所用的卫星资源也只是常规遥感卫星资源，后续一方面应对所研究的应用主题进行拓展，使本文所述建模方法成为具有应用主题普适应的需求模型构建方法，另一方面应将敏捷卫星、静止轨道凝视卫星、视频卫星等新型卫星资源开展纳入建模体系并开展研究，应对卫星技术发展的需要。

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作者简介

张晓（1985-），男，四川省合江县人。硕士学位。现为航天恒星科技有限公司系统设计师、工程师。主要研究方向为天地一体化对地观测系统仿真、效能评估与数据处理。

作者单位

卫星最多的行星篇3

美国拥有的卫星数量位列榜首，有413颗，超过其他国家的卫星总和 。

人造卫星是个兴旺的家族，如果按用途分，它可分为三大类：科学卫星，技术试验卫星和应用卫星。

1、科学卫星是用于科学探测和研究的卫星，主要包括空间物理探测卫星和天文卫星，用来研究高层大气，地球辐射带，地球磁层，宇宙线，太阳辐射等，并可以观测其他星体。

2、技术试验卫星是进行新技术试验或为应用卫星进行试验的卫星。航天技术中有很多新原理，新材料，新仪器，其能否使用，必须在天上进行试验。

3、应用卫星是直接为人类服务的卫星，它的种类最多，数量最大，其中包括：通信卫星，气象卫星，侦察卫星，导航卫星，测地卫星，地球资源卫星，截击卫星等。

卫星最多的行星篇4

1、消费对卫星服务业的增长贡献最大。卫星直播（DBS/DTH）在卫星服务业中的比重高达80％，接近卫星通信消费总收入的95％。高清电视（HDTV）发展较快有两个原因：一是高清用户越来越多，二是卫星电视和有线电视运营商分销渠道的大力推动。高清电视快速发展，促进了转发器租赁收入的增加，加大了卫星电视消费，同时带动了地面设备采购。

2、2004—2012年的8年间，卫星通信消费市场比重增加最多，年均增长5.9个百分点；2012年卫星宽带通信增长最快，为25个百分点。虽然市场主要在美国，但代表着行业发展的新趋势。

3、2004—2012年的8年间，卫星直播增长最快，广播和电视年均增长分别为10.3和6.5个百分点。

4、卫星转发器租赁（转发协议）增长最慢，2004—2012年的8年间年均仅0.8个百分点，比重减少也最多，为4.5百分点，这也许是很多国家将卫星托管或合并给国际或洲际公司组织的原因所在。

5、全球卫星运营业发展很快，但区域差别仍较大，卫星转发器服务也不平衡。例如，美国每30万人有一个转发器，在欧洲是万人一个，而在亚洲，是600万人一个。近几年，后发国家发展较快，排名有所提前，但前四位的排名变化不大，营业收入仍占64%，可用转发器占60%，商业C波段和KU波段转发器容量占61%。前四名分别是国际通信卫星组织（Intelsat）、欧盟SES全球卫星通信公司、法国的欧洲通信卫星公司（Eutelsat）、加拿大电信卫星公司（Telesat）。

二、全球卫星电视用户市场分析

截止到2012年底，全球电视用户至少有11.72亿，家庭普及率53%，数字化率43%、付费用户率66%；卫星电视覆盖97个国家和地区；卫星直播用户（含政府付费）至少有2.88亿，用户率25%左右，少于有线电视。全球卫星电视直播市场大体可分为四个区域，亚太地区欧洲地区，美洲地区，中东和非洲地区。整个美洲是全球最成熟的市场，高清率最高，全球近60％的HDTV频道服务于美洲。欧洲是传统市场，高清率低于美国，卫星宽带有待发展。亚太地区是蓬勃发展的新兴市场，亚太地区日本技术上暂时领先，中国发展速度惊人，按照卫星转发器收入计算，中国卫通从名不见经传一跃排名第13位。全球卫星电视直播市场最大的是亚太地区，用户至少8500万，其中中国用户5430万、印度880万、韩国660万，日本天空用户超500万。但是，中国人口世界第一，占全球人口的19%多，家庭众多，卫星直播家庭普及率还很低。第二是欧洲地区，用户至少有8256万，卫视用户率34%。德国1807万、英国1205万、法国约500万。第三是中东和非洲，大部分属于免费，用户有6177万，卫星电视渗透率为67％。在海湾国家，用户大多是通过双天线或双高频头接收卫星信号。第四是美洲，付费用户占大部，用户至少有5845万，其中美国3403.4万，南美加美国外的北美有2100万。近年来，全球卫星电视直播市场呈现跨越式发展态势，亚太地区迅速崛起，成为耀眼的新秀。尤其是2006年以来，亚太卫视用户快速增加，成为全球最大的市场。2010年，全球新增近2500个卫星付费电视频道，其中超过四成来自亚太市场。由于亚太地区经济发展水平落后于欧美，卫星电视运营商多采用低价战略，迅速占领市场、扩展用户，以求后期获得利润。如印度卫星电视收费标准为每月5美元或更低，这促使数量迅速攀升，直追美国。中国“村通”工程定位于公益平台，免费接收。这些措施，成就了亚太卫星电视市场迅速发展。但是，亚洲卫星电视运营商还不能用更多的资本促进市场成熟，暂时还难与欧美匹敌。

三、卫星通信广播发展的趋势

1、拥有固定通信卫星国家（地区）在减少。

2005年有固定通信卫星公司的国家和地区有33个，现不到30个。近些年，美国和欧洲的一些卫星公司先后托管或合并于国际或洲际卫星公司组织，如美国泛美卫星和回声卫星公司(故据2012年固定通信卫星排行榜合并列出）；欧洲国家多参与欧洲SES全球卫星公司，有荷兰的新天空卫星公司、挪威的电信卫星广播公司、瑞典的天狼星公司、土耳其欧亚卫星公司等。拥有自己卫星公司的国家和地区减少的主要原因，可能是发射和运营固定卫星成本，与收入相比，投入和产出比不高。

2、地面和空间运营结合的模式有扩展的趋势。

卫星通信运营商可分为三类：第一类是以卫星空间段为主的运营商，如国际通信卫星组织（IntelSat）、欧盟SES全球通信卫星公司等。第二类是空间和地域段结合的运营商，如美国DirecTV公司等。由于地面运营比空间运营经济效益高很多，第三类是以地面运营为主的公司，如康卡斯特(Comcast)有线通讯公司。以上三类公司的业务收入各相差一个等级。2012年收入，空间运营最大的国际通信卫星组织为26.99亿美元，空间和地面结合运营的DirecTV公司是前者的11倍，达297亿美元。有线电视运营为主的康卡斯特公司，世界2000强排56位，营业收入626亿美元，是第二类的2.11倍。所以，后发展国家和地区，主要采取租用卫星，重点发展地面业务。

3、天地网络不断融合。

即卫星通信与有线电视、宽带互联网、移动互联网等四业融合。目前，有线电视、宽带互联网、移动互联网在数字媒体、信息服务行业已经占主流地位，其主要原因是地面网络天然具有互动性和社交功能，而卫星通信则以单向广播见长。但是，它们之间具有明显的互补性。这为它们的相互融合提供了基础。毕竟，卫星通信、有线电视、宽带互联网、移动互联网都属于信息服务业，相互融合是共同的发展趋势，全网络、全终端、全内容是共同的发展战略。

4、新技术广泛运用。

卫星通信业是典型的技术密集性行业，技术进步是卫星通信行业发展的主要推动力量。如直播技术、Ka频段多点波束、卫星移动通信技术等。此外，地面移动通信的成果也在不断被卫星通信所应用。卫星通信与地面移动通信都属于无线通信，使用相近的频段。在很多情况下，卫星移动通信与地面移动通信需要相互补充使用，以实现无缝覆盖，这决定了它们可以共享很多技术，如空中接口、多址接入等。目前，卫星移动通信采用了所有的地面移动通信多址技术，如FDMA、TDMA、CDMA、SDMA。例如，基于第二代GSM系统（TDMA）的GMR-1标准已被Thuraya采用，GRM-2则被ACeS和Inmarsat-4采用。

卫星最多的行星篇5

发射荷兰大型通信卫星SES 4

格林尼治时间2012年2月14日19时36分，一枚俄罗斯“质子-M”（Proton- M）火箭从哈萨克斯坦拜科努尔航天发射场起飞，将搭载的SES公司新一代通信卫星SES 4 送上太空。火箭飞行9小时12分钟后，星箭分离，卫星进入远地点35786公里、近地点3714公里、倾角24.6°的地球同步转移轨道，发射获得成功。提供这次商业发射服务的，是俄美合资的国际发射服务公司（ILS）。

这次发射原先安排在2011年12月26日及2012年1月28日进行，由于发射前发现Proton-M火箭上面级的技术问题而连续两次推迟发射，致使SES 4卫星的升空延迟了近3个月。

这次发射，是ILS公司2012年首次发射以及自1996年4月以来其Proton火箭第70次发射，也是俄罗斯Proton火箭自1965年首次发射以来第374次发射。而SES 4卫星是ILS公司为SES公司发射的第20颗通信卫星，也是自2010年4月以来发射SES 1、SES 3、SES 2和Quetzsat 1卫星后为SES公司旗下的SES World Skies公司发射的第5颗卫星。

SES 4卫星是SES公司卫星舰队第50颗通信卫星，由SES World Skies公司运营。该卫星是SES卫星舰队迄今为止最大的以及功能最强大的一颗卫星，由美国劳拉空间系统公司基于经过飞行验证的1300型卫星平台建造，发射重量6180公斤，卫星总功率20KW（寿命终止时），在轨设计寿命15年。

令业界关注的是，作为一颗高功率大容量的通信卫星，SES4卫星携带了124个C/Ku波段转发器，为用户提供跨越美洲、欧洲、非洲三大洲增强的容量。其52个C波段转发器将增加全球覆盖的容量，C波段波束覆盖东半球的欧洲、非洲以及北、南美洲，提供视频分配、政府和VSAT通信等服务，1个全球波束将支持移动用户及海事用户的业务应用；72个Ku波段转发器构成4个高功率的区域波束，将分别服务于欧洲、中东、西非和北、南美洲。此外，该卫星C波段与Ku波段转发器之间提供增强的连接及通道切换，可实现地区之间的互联互通。

在完成在轨测试后，SES 4卫星预计今年晚些时候在22°W轨位上接替NSS 7卫星服役，为美洲、欧洲、中东及非洲地区提供通信和广播服务。届时，发射于2002年4月的NSS 7卫星将移到20°W轨位接替NSS卫星投入运行。

SES公司表示，SES 4卫星的升空是公司发展史上具里程碑意义的一次成功发射，它将为公司客户提供更多的新容量和在重要的新兴市场的增长机会，帮助他们拓展业务到新的区域。该公司下一次卫星发射预计在今年第2季进行，也由Proton-M火箭发射同样由美国劳拉空间系统公司建造的SES 5卫星（5°E轨位）。

据悉，Proton-M火箭下一次发射预计在3月初实施，其任务是发射美国新一代专用广播卫星Sirius FM 6。

SES 3卫星重新

定点专门服务亚洲市场

近年来，非洲、中东、中亚、南亚、俄罗斯等地区卫星广播及通信业务快速增长，由此带来的巨大商机吸引了国际及区域卫星运营商纷纷投资建造和发射更多的高功率大容量通信卫星服务于这些新兴市场，除了发射新卫星，有的全球卫星通信运营商近期还对其在轨卫星的覆盖区域重新进行部署，将原先服务于其它区域的卫星移位服务于新兴市场。

根据全球最大的卫星运营商Intelsat有线公司的部署，由该公司于日本卫星运营商Sky Perfect JSAT公司合资建造、共同拥有的Horizon 2卫星，已在今年1月间从北美上空74°W轨位转移到亚洲上空85°E轨位定点运行，提供对俄罗斯地区最大范围的覆盖，以满足该地区DTH电视运营商及企业用户当前及未来的需求。从2月7日起，该卫星已启用3个Ku波段转发器，为俄罗斯DTH电视运营商Kontinent电视公司传输40多个SDTV和HDTV频道。

继Horizons 2卫星移位服务于俄罗斯市场之后，全球卫星运营商SES World Skies公司也将去年7月发射的一颗新卫星SES 3，从北美上空103°W轨位转移到亚洲上空108.2°E轨位定点运行，以满足亚洲区对先进的及可靠的卫星容量的大量需求。据SES公司称，SES 3卫星的漂移始于2011年12月中旬，并按计划于2012年2月6日抵达108.2°E新归为服役，该卫星提供覆盖中东和南亚地区，支持视频、语音、数据和政府客户的安全通信等应应用，以满足该地区对SES卫星容量不断增长的客户需求。

SES公司表示，SES全球卫星舰队现有50颗通信卫星，可以灵活地运营，在不影响现有服务的情况下，快速响应客户需求的转移，重新部署在轨卫星容量，SES 3 卫星的转移轨位运行就是一个实例，同时也是对客户的承诺。

SES 3卫星发射于2011年7月15日，由美国轨道科学公司基于Star 2型卫星平台建造，携带宽带36MHZ的C/Ku波段转发器各24个，发射重量约3112公斤，在轨设计寿命15年。该卫星原先在103°W轨位上运行，为北美洲及加勒比地区的企业、媒体和政府提供视频分配、移动通信、宽带互联网、VSAT通信等服务。

卫星最多的行星篇6

等待倒计时

拜科努尔航天中心是航天人心目中的“麦加”,是航天器发射的圣地。1955年2月12日,苏联决定筹建国家第五导弹试验场。这就是被秘密命名的、神秘的拜科努尔航天中心。拜科努尔航天中心在哈萨克斯坦塔克齐尔奥尔达区,位于莫斯科东南2100千米,哈萨克斯坦拜克努尔市西南288千米处大草原上。拜科努尔从几间小木屋到世界最著名的航天中心,占地面积达6717平方千米,从北到南约75千米,从西到东约90千米。2000年起,拜科努尔航天中心俄哈两国共用。

拜科努尔航天中心的发射场分为“联盟”号火箭发射场、“质子”号火箭发射场、“天顶”号火箭发射场、“旋风”号火箭发射场、“第聂伯”号火箭发射场、“能源”号火箭发射场和“暴风雪”号航天飞机发射场。从1957年至2008年底,拜科努尔共发射了约2550运载枚火箭,将3000多个航天器、230位国内外宇航员送入太空。2009年8月11日,香港亚洲卫星公司的“亚洲-5”号卫星;9月17日,加拿大的“Nimiq-5”卫星;11月24日,欧洲卫星通信组织的“Eutelsat-W7”卫星;12月29日,美国直播卫星公司的“DirecTV-12”直播卫星,都是由“质子-M”运载火箭在拜科努尔航天中心第200号发射场39号发射台发射升空。“回声星-14”号卫星也将从这里起飞。

“回声星-14”号卫星是美国回声星公司的骄傲。运载“回声星-14”号的“质子-M”运载火箭也是俄罗斯的骄傲。“质子”(Proton)号系列运载火箭分为二级型、三级型和四级型3种型号。目前正在使用的有“质子”号三级型和四级型两种。最大的“质子”号四级火箭高达61米。“质子”号火箭从1965年7月16日到2009年12月29日发射美国“DirecTV-12”卫星,共进行351次发射,其中失败28次,未送入轨道14次。发射失败主要集中在早期,2000年后发射了81次,仅有1次失败,3次未发射到位。

“质子-M”(Proton-M)是一种由1枚芯级火箭和6枚或8枚助推火箭组成的大型运载火箭。它有4种整流罩,可以发射体型不同的卫星。“质子-M”从2001年4月7日至今,已经执行了34次静止轨道的卫星发射,其中失败1次,未送入转移轨道2次,成功率91%。到2011年内,还有25颗卫星等待发射,包括2010年即将发射的“Intelsat-16”、“Ka-Sat”、“NSS-14”、“SkyTerra-1”等通信卫星。现在,一枚“质子-M”火箭已经矗立在第“LC-200/39号”发射台上,“回声星-14”号等待发射倒计时。

“回声星-14”号卫星

2007年1月,美国回声星公司与美国劳拉空间系统公司再次签约合作,“回声星-14”号卫星开始建造。“回声星-14”卫星重约6吨,设计寿命15年,定于2010年3月在拜科努尔航天中心,搭乘“质子-M”运载火箭发射升空。卫星定位于西经119°,顶替即将退役的“回声星-7”号。“回声星-14”号卫星由回声星广播公司负责运行。

“回声星-14”卫星选择、采用劳拉公司的安全性极高的“LS-1300S”卫星平台。“LS-1300”系列平台是美国劳拉空间系统公司的杰作,分为“LS-1300”和“LS-1300S”,已经装入220多颗各种卫星。“LS-1300”平台可提供5～12千瓦功率。自1994年以来,“LS-1300”已经装入70颗通信卫星,其中4颗取消合同、3颗发射失败,4颗等待发射,“LS-1300”卫星平台从未发生重大事故。“LS-1300S”是更大型的卫星平台,可提供12～18千瓦功率,最大功率可达25千瓦,支持多达150台有源转发器。从2003年到现在,已有13颗卫星装载了“LS-1300S”平台,全部发射成功。到2011年底,还有19颗卫星装备“LS-1300”卫星平台。2010年即将发射的“回声星-14”、“回声星-15”、“NSS-14”、“IntelSat-17”、“TerreStar-2”号等卫星都采用“LS-1300S”平台。

“回声星-14”号的“LS-1300S”卫星平台装备了高效率的太阳能电池阵列,轻便的高强度太阳能帆板结构设计,提供不间断的电力。十字形太阳能帆板是劳拉公司“LS-1300S”卫星平台的典型造型。

在加利福尼亚州帕洛阿尔托,美国劳拉空间系统公司设计制造测试具有先进的指挥和控制子系统的卫星平台和有效载荷。“回声星-14”的有效载荷包括4只Ku频段高效天线,103 台Ku频段转发器,发射功率接近10千瓦。“回声星-14”卫星是一颗直播卫星,还有一项任务就是验证飞行系统和运行记录。

“回声星-14”卫星服务区

“回声星-14”号的服务区域覆盖美洲大陆,主要分为A和B两个区域,共有51个点波束,可为1400万客户,3000万人提供直播服务。两个区域的服务范围几乎相同,EIRP 达到50dBW或以上。“回声星-14”号的场强按绿色、蓝色、白色、粉色、黄色、橙色和红色的等值线递减。“回声星-14”的美国大陆波束,美国东部地区信号最强,中东部地区较强,西部地区强。

“回声星-14”的一个特别波束覆盖阿拉斯加、夏威夷和波多黎各,以及南德克萨斯州和佛罗里达州。在阿拉斯加、夏威夷和波多黎各,多星接收的小天线可以接收与美国大陆一样多的节目。

直播卫星的榜样

商场如战场。在北美的上空已经有50多颗广播电视卫星,美国直播卫星公司有15颗,回声星公司有14颗。2009年12月29日,美国直播卫星公司的“DirecTV-12”卫星发射升空。“DirecTV-12”是第3颗高清电视卫星,共114台转发器,全部为Ka频段。2010年,美国直播卫星公司的3颗高清电视卫星,装载了342台Ka转发器,将转发超过1000个高清频道。“回声星-14”号卫星装载了103台Ku频段转发器。2010年,“回声星-14”有可能转发500个频道的节目,部分为高清频道。Ka频段的高清频道与Ku频段的高清频道,完全是两项技术,两个等级。

卫星最多的行星篇7

【关键词】全球定位系统（GPS）;IGU;信号发生器;星历外推

全球定位系统GPS（Global Positioning System）卫星信号模拟器可以根据载体的动态环境，精确产生载体收到的GPS卫星信号，载体上安装的GPS接收机根据这些信号，可测定目标的位置和速度，通过与理论值的比较可以对GPS接收机的捕获、跟踪和测量精度进行鉴定[1]。导航星历产生模块是GPS信号模拟器要解决的关键技术之一，该模块重点在于研究模拟器卫星星历数据的产生方法，得到导航模拟时刻的卫星位置的有效数据，从而确定载体的位置和速度，以满足载体定位解算精度的需要[2]。

目前，GPS信号模拟器中主要运用广播星历和历书两种卫星轨道参数来产生星历数据。广播星历的数据每两小时更新一次，广播星历文件提供卫星钟差、开普勒轨道参数和轨道摄动修正量，可由此计算出卫星的地固坐标系地心坐标。在更新历元的前后各一小时范围内，使用广播星历外推卫星位置，其精度可达到米级，而随着相对参考历元时间间隔增大精度迅速降低。历书是广播星历的缩略形式，仅提供开普勒轨道参数和钟差改正参数，提供精度较低的卫星位置。历书的更新时间周期较长，使用历书计算位置只能达到公里级的精度，但使用历书外推卫星位置可在较长时间内（约一个月）保持公里级的精度[3]。

为了满足模拟器对卫星轨道坐标精度和实时性的要求，本文将建立基于IGU星历的GPS信号模拟器星历的外推生成模型，利用拉格朗日内插值算法推导出卫星位置，并通过Maltab仿真验证外推算法的可行性。

1.IGU星历特性分析

IGU超快速精密星历是由国际GNSS服务（the International GNSS Service，简称IGS）。国际GNSS组织的精密星历文件均能提供卫星轨道坐标，其测量精度由高到低分别为：最终精密星历（IGS）、快速精密星历（IGR）、超快速精密星历（IGU），如表1所示。由于最终精密星历（IGS）和快速精密星历（IGR）时间的滞后性，因此适合于精度要求较高的事后处理。

IGU星历文件的轨道周期为48小时，前24小时轨道坐标值是基于实测的，后24小时为轨道坐标的预报，IGU星历文件每6小时一次，即每天4次，在事后3小时即可获得，分别在UTC时3：00、9：00、15：00和21：00 [4]。

IGU卫星星历文件内容包含了卫星轨道数据和卫星钟差数据。目前，IGU星历后24小时的预报轨道坐标部分和广播星历都可以实时得到。其中，广播星历是经过解码导航电文数据，从而得到轨道以及钟差等信息[6]。而IGU超快速精密星历采用SP3格式，内容包括表头信息以及文件体，文件体中每个15分钟给出一个卫星的位置。因此，IGU星历可以代替广播星历在模拟器中产生卫星轨道数据[7]。

然而，由于广播星历包含了相对某一参考历元的轨道摄动改正参数以及开普勒轨道参数，其轨道数据会随着时间的推移而使其精度降低。广播星历提供的卫星位置误差要比IGU星历大得多，这些误差将最终影响用户的定位精度。

2.星历生成模型

2.1 拉格朗日插值理论

假设已知的函数表，[a，b]为包含所有的区间，则存在唯一多项式：

使得：

已知区间的端点处的函数值使其线性插值多项式满足：

则线性插值多项式：

其中：

称为拉格朗日线性插值基函数。

由此可得拉格朗日插值多项式：

（1）

利用式（1）对X坐标、Y坐标、Z坐标分别进行内插值处理，就可获得任意时刻卫星在三个方向上的位置。拉格朗日内插值法采用已知的多项式来近似计算，其阶数与所选的插值节点的数量有关，插值节点数量越多，插值多项式的阶数越高，精度也逐渐提高，当选取n个节点时，则插值的最高阶数为n-1。

2.2 建立模型

从IGS网站下载IGU超快速精密星历，本文选用2014年7月6日的IGU精密星历，选取PRN编号为1的GPS卫星，在00：00：00至02：00：00（UTC时）的坐标值作为分析对象，其坐标值如表2所示。

本文利用上文所述的拉格朗日内插值方法对9个时刻的卫星坐标进行内插值计算。选取中间节点01：00：00作为内插时刻，假定其坐标值未知，然后分别对9个时刻卫星的X坐标、Y坐标、Z坐标分别进行内插值处理。内插值法的方案为：第一步，选取内插值时刻前一时刻和后一时刻的X坐标、Y坐标、Z坐标作为插值节点分别进行一次插值计算，第二步，选取内插值时刻前两时刻和后一时刻的X坐标、Y坐标、Z坐标作为插值节点分别进行二次插值计算，第三步，选取内插值时刻前两时刻和后两时刻的X坐标、Y坐标、Z坐标作为插值节点分别进行三次插值计算，以此类推，直至所有节点均参与插值计算。

拉格朗日插值法在不同阶段的内插插值结果及其与真值的差值结果如表3至表5所示。由此可得：随着插值阶数的不断增大，内插值结果迅速收敛，与真值的误差迅速降低，当插值阶数为7时，插值精度为最高，达到厘米量级。由于IGU超快速精密星历的精度约为25厘米，因此，7阶内插插值结果完全满足精密定位对轨道的要求。

图1 PRN1卫星X坐标插值偏差

图2 PRN1卫星Y坐标插值偏差

图3 PRN1卫星Z坐标插值偏差

（下转第106页）（上接第104页）

3.计算结果分析

通过已建立的内插值数学模型，运用Matlab仿真程序，计算PRN1卫星在2014年7月6日00：00：00至02：00：00（UTC时）两小时内的插值结果，将插值法得出的卫星位置与插值前的卫星轨道数据进行比较，可评估基于IGU星历的拉格朗日内插值算法的精度。图1至图3给出了PRN1卫星在00：00：00至02：00：00（UTC时）两小时内的插值结果，其中X、Y、Z分别表示卫星位置在x轴、y轴、z轴的插值误差。

由图1至图3可知，基于IGU星历的拉格朗日内插值星历在三轴的插值偏差均不超过2cm，三轴位置偏差的绝对值最大值为1.65cm，远小于实际GPS星历预测误差，从而验证了插值法生成星历的正确性。

4.结论

为使GPS卫星信号模拟器为用户提供实时精确的位置信息，本文分析了IGU星历的优点，并给出了基于拉格朗日内插值法星历生成的数学模型。在允许的精度范围内，利用基于IGU星历外推卫星轨道是切实可行的。

参考文献

[1]Elliott D.kaplan，Christopher J.Hegarty.Understanding GPS：Principles and Applications[M].Boston.Aretch House.2005.34-50.

[2]吴倩倩，冯涛.GPS模拟器导航电文关键参数生成[J].杭州电子科技大学学报，2012，32（5）：5-8.

[3]张伯川，常青，张其善，等.高动态GPS信号模拟器导航电文生成[J].北京航空航天大学学报，2005，31（3）：284-287.

[4]都欣欣，张其善.GPS信号模拟器卫星状态参数的算法研究[J].电子测量技术，2007，30（7）：112-114.

[5]何帆，高成发，潘树国，等.IGU实时精密星历预推轨道精度分析[J].东南大学学报：自然科学版，2013，43（S2）：384-387.

[6]寇艳红.GPS原理与应用（第二版）[M].北京：电子工业出版社，2012.14-46.

作者简介：

李冉（1988―），女，山西太原人，硕士研究生，主要从事卫星导航信号模拟器研究方面的工作。

卫星最多的行星篇8

1、现代小卫星的概念

实际上，小卫星在航天事业的早期就有了，卫星发展最初就是从简单小卫星起步的。即使在20世纪70年代和80年代大型卫星占据主导地位的时代，亦可发现小卫星的身影。最初的小卫星称为简单小卫星。从20世纪80年代中期开始，世界航天界兴起了发展小卫星的热潮。随着对小卫星认识的不断加深，小卫星的突出特点不断显现，令各国航天界刮目相看。最初，划分大卫星、小卫星仅以重量作为依据，而随着小卫星功能的不断增强，甚至可以与大卫星相比，必须引入“功能密度”的概念。功能密度是指卫星每千克重量所能提供的功能。按照功能密度划分，小卫星可划分为简单小卫星和现代小卫星两种。由于功能密度高，技术性能强，现代小卫星又被誉为“高性能小卫星”。今天人们通常所说的小卫星即就是指此类卫星。故本文以下所指小卫星也就都是指现代小卫星。

美国航空航天公司在1993年对小卫星、微卫星和纳卫星做了以下定义：小卫星是一种可用常规运载器发射的航天器，质量为10-500kg；微卫星是所有系统和子系统都全面体现了微型制造技术，并可实现一种功能，质量为0.1-10kg；纳卫星是一种尺寸减小到最低限度的微卫星，其功能有赖于一种分布式星座结构来实现，质量小于0.1kg。

2、现代小卫星的特点

目前，小型卫星技术的发展如火如荼。现代小卫星具有许多大卫星所无法比拟的优点：

（1）发射方式灵活。它能够机动发射、生存能力强、能适应未来战术作战的需要。

（2）体积小，重量轻，因此既可以利用大型卫星发射火箭的剩余能力进行搭载发射，也可以一箭多星发射或用廉价运载火箭发射，从而可以大大节约发射费用。

（3）研制发射成本低，系统投资少。采用成熟、先进的技术，运用科学的管理手段，加之可以多种方式发射，可以使小卫星的整个研制和发展成本得到降低。

（4）结构简单、设计研制开发周期短、制造要求条件不高，可以采用标准化星体和模块化设计，从而可以批量生产和储存，便于即时发射和补充。国外一些航天大国的现代小卫星，从立项研制到发射，一般仅需要一到两年的时间。

（5）技术性能高。主要体现在卫星各分系统本身和有效载荷两方面。卫星分系统以“功能密度集”来表示技术水平，也就是每千克重量所能获取的最大功能。有效载荷的功能密度随着卫星应用的不同而有不同要求和指标。

更为重要的是，由小型卫星组成的星座，使大型卫星也甘拜下风。许多小型卫星的编队飞行，相当于一个大型卫星。每一颗卫星既能独立完成自己的任务，还可以在太空中对其进行改装。

小型卫星星座的优点还体现在因成员卫星分散而带来的基线的增大、编队即时改编能力强等方面，必要时还可通过增大卫星数量完成原地升级。再者，由于组成卫星的编队飞行，单颗卫星发生故障最多只会导致自身退役，而不会使整个星座彻底瘫痪，其余完好的卫星可以重新排列来弥补故障卫星的空缺，所以，整个系统的抗毁性很强。这一简单的方法还使得地面控制人员只需要进行类似“拨入号码”的操作就可以赋予系统新的任务。另外，通过卫星的重新分布，星座还可以组成适当规模和间距的卫星群以满足特定的重访率。

从上述种种优势不难看出，小卫星走俏太空是航天技术发展的必然。

小卫星应用于通信

小卫星一般在低轨道使用，成本低，特别适合稀路由，非实时、低成本的通信应用，在众多的通信手段中具有很强的竞争力。非实时通信业务在人们的通信中占有非常大的比例。这里主要介绍小卫星是如何实现非实时通信及其在特殊环境下的应用。

1、用小卫星实现存储-转发通信

如果地球上的某位置A欲发给位置B信息，由于种种原因不能直接由A到达B，只有借助小卫星转发，当小卫星运行到位置A时，地面站A将发给位置B的信息发给小卫星，小卫星将信息存储在星上的存储器中，当小卫星通过位置B时，将存储在星上存储器中的信息发给地面站B，这样就完成了信息的存储-转发过程。

2、存储-转发通信在我国的应用

(1)农村邮电通信。我国约有24万个行政村，目前仍有相当数量的行政村无法实现通电话，甚至有些边远地区无法通邮。采用小卫星存储转发技术可解决通邮问题。采用一颗小卫星就可以解决几千万甚至上亿人的通信问题。

(2)边防哨所的通信。我国的边防线很长，大部分边防线处在人烟稀少，甚至没有人迹的山区，边防哨所与总部通信相当困难，有时会因为突发事件，造成大的损失。解决边防通信的最好办法是在边防哨所配备卫星终端设备，采用小卫星存储转发通信，可以解决边防哨所的通信问题。

(3)大海、大江渔船的通信。茫茫大海看不到边，滔滔江水望不到头，远洋船队或出海渔船，需要时刻保持与陆地的联系，否则船队就像断了线的风筝，船上出现问题，不堪设想。所以在船上安装卫星通信终端，保持与陆地的通信联系，甚至通过接收卫星遥感数据确定鱼群的位置，提高生产效率。

(4)在勘探和探险中的通信。勘探队和探险队若采用卫星存储转发通信，可以及时将采集到的信息传送到总部，并可及时得到总部的信息与指示。

(5)各种应急通信系统。对自然灾害，如地震、水灾、森林大火等，通过卫星存储转发通信系统可以立即架设通信终端，建立通信网络，及时与外界建立通信联系，以减少损失，及时取得外来援助。

(6)提供个性化服务。由于国家开放了数据业务的经营权，国内许多ISP公司向用户提供因特网及其增值业务。例如，通过卫星可以对移动用户、勘探队、探险队和临时性用户提供电子邮件存储转发业务及其他个。对一些商用网用户还可提供专用组网工程。此外，对一些特殊用户还可以采用会员制及各种临时服务的方法，提供给用户感兴趣的地球遥感图像和数据，如为登山队及探险队提供特定地区地面积雪的情况和水文情况等。

小卫星的发展前景

1、国外微小卫星近期发展状况

据有关资料显示，自八十年代以来，国际上微小卫星的发展十分迅速。目前世界上已经有十多个国家涉足小卫星研制领域，美国、俄罗斯、法国、英国和意大利都有了自己的小卫星平台或星座。印度、韩国、瑞典、丹麦、巴西、西班牙和以色列等许多中小国家也都以研制小卫星为切入点，带动航天技术的发展。

移动通信日益成为卫星应用的焦点。在这场通信卫星太空轨道争夺战中，小卫星风头正劲。在广袤的外层空间，小卫星通信网的建设热潮涌动。以小卫星组成的星座，正在带领人类走进通信新天地。

近几年来风起云涌的移动双向个人通信市场，推动着小卫星市场的飞速发展。利用由小卫星星座构成的通信卫星网实现个人手持机双向移动通信，不仅可以用于话音通信，而且还可用于传送数据、传真、图像和寻呼信息以及定位等。

另外，这种通讯方式还具有手持机发射功率低、延迟小、没有死角等优点，市场应用前景十分广阔。

显然，今后若干年，研制和发射小卫星将肯定有利可图，但目前这一市场尚未成熟，许多方面仍需要改进。AeroAstro公司认为，未来的卫星市场将是一个两极分化的市场，卫星的有效载荷要么变得越来越小，要么变得越来越大，中等规模的卫星将会越来越少。

针对所谓“超小型卫星”的试验，目前也正在进行之中。如果一切顺利的话，三年后，制造商将会制定出可行的开发计划。随着政府机构、公司、大学、社区甚至富有的个人纷纷加入小卫星应用的行列，未来小卫星必将拥有无限风光。

2、国内对通信微小卫星的需求

（1）边远山区和农村通信落后亟待解决。我国国土面积大约一半是荒山林区，海边防有6500多个岛屿。分布于上述地区的物资流动、人口流动、知识流动是国家经济发展至关重要的环节。但由于作为上述流动的先决条件―――信息流动的落后，极大地制约着农村的经济发展。

自农村经济改革后，我国乡村较早重视了公路建设，但由于对信息的重要性认识不足，所以导致了通信设施建设落后于公路建设的特殊现象。利用卫星解决农村通信，具有快速扩大覆盖面、无线路投资和成本与通信距离无关等优势，是我国尽快解决农村通信落后问题的理想途径。

（2）根据移动通信与乡村通信的稀路由特点， 利用几颗小卫星组成的星座具有优势。稀路由是一种用户密度概念，通话量收入与通信设施投资比值低，称为稀路由，反之称为密路由。我国边远地区和乡村处于通信需求的初级阶段，通信设施落后，经济承受能力低，每个用户利用通信设施进行的通话量也很低，这是我国乡村通信具有稀路由特点的重要原因。

但我国边远地区和乡村通信又具有住地分散、用户总数规模大的特点。如果以县、村通信为重点，先解决村用公用端机的普及问题，目前既可使用户能承受较低通话费，也可在面向全国的情况下充分利用卫星信道，实现分散化和稀路由的集中管理，这对我国通信业的发展可以说是进入良性循环的开端。

（3）我国经济的快速发展，将加快稀路由向密路由的过渡，所以采用可逐步增加数量的小卫星群更加合适。稀路由向密路由过渡，是通信随着经济发展而必然产生的现象。一方面，在国家逐步加强农村改革开放力度、不断增加农业基础设施投入的过程中，随着通信设施的更加完善和通信需求的增加，各地区实际上处于稀路由向密路由过渡的过程。另一方面，通信本身是使物资流动、人口流动和知识流动不断受益的媒体，从中获得效益后会提出对通信的更大需求，也会形成从稀路由向密路由自然过渡的过程。

由小卫星组成的星座，可先发射几颗卫星，再增加几颗，既能发挥小卫星成本低、周期短的优势，又可适应稀路由向密路由过渡通信需求的增长。将稀路由用户集中起来，用小卫星星座方式迈出商业经营的一步，就会跨越传统通信网需要多年才能迈出的很多步。

3、我国对通信应用技术的研究

（1）系统设计和终端技术。此方面是指包括由微小卫星星座组成中、低轨道移动通信系统技术，特别是微小卫星星群区域覆盖、区域移动通信系统设计技术，以及地面站和终端技术。对于微小卫星实现实时通信的途径，理所当然的是采用多星组成星座，但是在具体的部署建设中，如何采用最少的星，实现对局部地区的覆盖，这是一个需要研究的问题。

（2）高速数据传输技术。在大卫星中普遍采用的功率和频谱效率都比较高的QPSK技术是否可以用于微小卫星通信系统中，这也是需要探讨的一个问题。从技术角度讲，应该来说此方案是可行的，但是需要在复杂性、可靠性和成本之间作一个平衡折衷。如果采用这个技术，将可以减小便携地面站的体积和提高通信的速率。

（3）传输容量优化设计。对于存储转发业务，一颗卫星可以服务多少用户需要科学计算。具体的做法是：根据用户的类型与分布、业务的类型与模式以及所要求的服务质量，可以对卫星传输速率和星上的存储单元容量进行科学的估算，从而为卫星的总体设计提供可靠的依据。

小卫星的未来展望

大量高新技术的应用、先进管理方法的使用和崭新设计概念的出现，必然会促使小卫星研制技术和应用技术的不断进步，由此将引起卫星研制和应用领域的一场革命。