CN109417827B - 低地球轨道卫星星座***及其使用方法 - Google Patents

低地球轨道卫星星座***及其使用方法 Download PDF

Info

Publication number
CN109417827B
CN109417827B CN201780041978.4A CN201780041978A CN109417827B CN 109417827 B CN109417827 B CN 109417827B CN 201780041978 A CN201780041978 A CN 201780041978A CN 109417827 B CN109417827 B CN 109417827B
Authority
CN
China
Prior art keywords
satellite
earth
geo
satellites
antenna
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201780041978.4A
Other languages
English (en)
Other versions
CN109417827A (zh
Inventor
E·奥尔森
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Theia Group Inc
Original Assignee
Theia Group Inc
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Theia Group Inc filed Critical Theia Group Inc
Publication of CN109417827A publication Critical patent/CN109417827A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN109417827B publication Critical patent/CN109417827B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
    • B64G1/1007—Communications satellites
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/10—Artificial satellites; Systems of such satellites; Interplanetary vehicles
    • B64G1/1085—Swarms and constellations
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/24—Guiding or controlling apparatus, e.g. for attitude control
    • B64G1/244—Spacecraft control systems
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B64—AIRCRAFT; AVIATION; COSMONAUTICS
    • B64G—COSMONAUTICS; VEHICLES OR EQUIPMENT THEREFOR
    • B64G1/00—Cosmonautic vehicles
    • B64G1/22—Parts of, or equipment specially adapted for fitting in or to, cosmonautic vehicles
    • B64G1/66—Arrangements or adaptations of apparatus or instruments, not otherwise provided for
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/1851—Systems using a satellite or space-based relay
    • H04B7/18513—Transmission in a satellite or space-based system
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/18523—Satellite systems for providing broadcast service to terrestrial stations, i.e. broadcast satellite service
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/19—Earth-synchronous stations
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B7/00—Radio transmission systems, i.e. using radiation field
    • H04B7/14—Relay systems
    • H04B7/15—Active relay systems
    • H04B7/185—Space-based or airborne stations; Stations for satellite systems
    • H04B7/195—Non-synchronous stations
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W84/00—Network topologies
    • H04W84/02—Hierarchically pre-organised networks, e.g. paging networks, cellular networks, WLAN [Wireless Local Area Network] or WLL [Wireless Local Loop]
    • H04W84/04—Large scale networks; Deep hierarchical networks
    • H04W84/06—Airborne or Satellite Networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Astronomy & Astrophysics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Automation & Control Theory (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

一种在基于LEO卫星星座的通信***中重用GEO分配的通信频谱的***，使得LEO卫星发起的信号不会出现在指向GEO的地球站天线的波束宽度中，和卫星配置为通过操纵它们各自的波束传输来提供通信，其可包括前向波束和后向波束，其角度被控制以投射波束并减少或消除与指向GEO的地球站天线干扰的可能性。该***和LEO卫星可以提供位于地球表面任何地方的地球站的大致100％覆盖，而不与GEO卫星或指向GEO的地面站协调。该***还可以提供地球站，其配置为增强使用相同频谱的GEO通信***和LEO通信***之间的隔离，以减少指向GEO的地球站天线接收LEO通信的可能性。

Description

低地球轨道卫星星座***及其使用方法
技术领域
本发明涉及卫星通信领域，更具体地说，涉及用于实现具有低地球轨道(LEO)卫星的卫星通信***的***、方法和设备，其提供对地球同步地球轨道(GEO)通信卫星重用频率的再利用。
背景技术
各种国家和国际监管机构将大量适用于地球站和卫星之间通信的微波频谱分配给涉及地球同步地球轨道(GEO)卫星的通信服务。在目前的情况下，很少有未分配的微波频谱留给采用基于卫星的通信***的新通信服务，因为它们是传统上构思、构建和操作的。此外，分配给GEO卫星通信服务的大部分现有频谱已经用于现有应用，主要用于电视分配、现有电话回程和政府数据移动。因此，现有的GEO卫星通信***运营商不太可能像这些应用一样迅速地将任何现有的分配频谱重新用于新应用。
要求高数据量和高数据率的新行业正在迅速出现，这些行业中的许多应用需要高数据量或高数据率的全球通信能力，以及基于地面网络的服务区域之外的通信覆盖。一些示例包括遥感、无人机遥控、基于视频和图像的通信(与音频通信相对)、基于视频和图像的机器对机器通信和控制，以及两个地球站之间的超高安全性数据传输，而无需通过地面网络传输。这些应用非常适合专用卫星通信***的服务。然而，新的基于卫星的通信***的部署在很大程度上受到缺乏用于分配的可用频谱的限制。
现今的卫星通信***是众所周知的，并且负责许多现代便利，包括在世界许多地方分发直播电视。虽然目前有一些专门用于通信功能的低地球轨道(LEO)和中地球轨道(MEO)卫星和卫星星座，但是现今的大多数通信卫星和***属于地球同步地球轨道(GEO)类型。
国际电信联盟(ITU)以及其他管理和监管机构已经识别并分配大量无线电频谱到GEO卫星用于地球和卫星之间的双向通信，以用于各种目的。现今运行的大量GEO卫星导致新卫星通信链路的频谱很少。大多数移动地球站到卫星通信只能通过使用微波频率来实现，使得地球站上采用的天线可以很小和/或便携，并且使得可以用已知数据通信方法收发的数据率可能很高。这对可用的地球站到卫星通信频率施加了实际下限，而不管监管或指配问题如何。由于大气吸收和雨衰问题，对于可用的地球站到卫星通信频率也存在实际上限，而不管监管或指配问题如何。在这些实际限制之间，几乎没有未使用的频谱可用于新指配，因为大部分频谱已经分配给与GEO卫星***的地球空间通信，用于固定卫星业务。
所谓的Ka和Ku波段的大部分频谱分配给固定卫星业务用途，为太空部分采用GEO卫星，由于GEO卫星对于地球站出现在天空中的固定点，因此其必然是定向的，而不是全向的。例如，目前GEO相关频谱的最流行的用途是直播电视节目，其由地球站的小定向天线接收，具有固定指向，通常安装在顾客的家中或建筑物上。流行的消费级直播卫星天线的3dB波束宽度大约为2至3度，并且它们是高度定向的。
发明内容
本发明公开了一种在基于LEO卫星星座的通信***中重用GEO分配的通信频谱的***，使得LEO卫星发起的信号不会出现在GEO指向的地球站天线的波束宽度上，但是，LEO卫星星座可以始终100％覆盖地球表面任何地方的地球站，而无需与GEO卫星或GEO指向的地面站进行任何协调。此外，本发明公开了与公开的LEO卫星通信星座相关的地球站的细节，它们利用相同的频谱增强了GEO通信***和LEO通信***之间的隔离，通过采取措施防止GEO卫星无意中挑选出有意与公开的LEO卫星星座通信的地球站。
本发明的实施例提供了一种用于构建和操作低地球轨道(LEO)中的卫星通信***的方法，该方法可以重用分配给基于GEO的卫星通信服务的任何现有频谱，而不会对基于GEO的通信***造成干扰。在算法作为自由变量接受的其他参数中，本发明接受任何实际范围内的参数，用于在基于GEO的通信***中的任何和所有地球站周围创建角度保护带。本发明允许基于LEO的与紧邻基于GEO的地球站的地球站(用于基于LEO的通信)在相同的频谱上同时通信，而无需基于LEO的***以任何方式与任何基于GEO的卫星或任何基于GEO的地面站进行协调。该***、方法和设备配置为，如本文所示和所述的LEO卫星星座的示例性实施例所公开的，同时向位于任何地方的任何地球站提供100％的全球覆盖，在任何时候与任何地球站都没有间隙或失去联系。
该***、设备和方法提供低地球轨道卫星的布置，它们配置成在通信设备之间提供通信并防止来自LEO卫星的辐射功率出现在指向特定GEO卫星的地球站天线(即，GEO卫星相关地球站)的波束宽度中。该***、设备和方法优选地实现基于LEO卫星的通信，然而，与LEO卫星通信服务相关联的地球站进行通信，该地球站紧邻指向特定GEO卫星的地球站天线(例如，GEO卫星相关地球站)。
根据优选的实施例，本发明可以用卫星实现，最好用LEO卫星实现，它们配置为，当(LEO卫星的)卫星波束否则将与GEO站天线的波束(例如，GEO地球站天线视轴)重合时，通过指导各自的通信波束远离干扰GEO指向的地面站上单独运行的GEO卫星和/或关闭传输来管理通信。实施例提供配置有控制机构的卫星，该控制机构引导卫星天线(或多个天线)以控制波束覆盖范围以提供与基于地面的设备的通信，例如地球站和/或可以与一个或多个地球站链接的电信网络。卫星配置为处理通信，例如两个地球站之间的通信，或地球站和基于地面网络之间的通信。卫星可配置有天线，天线指导通信以提供可控覆盖波束或多个波束，其包括尾部或后部和前部(相对于轨道方向)。优选地，当卫星穿过其轨道时，调整来自卫星天线的波束角。根据一些实施例，控制卫星天线以调整波束以最大化覆盖范围而不干扰GEO地球站天线。
根据一些实施例，该***可以用LEO卫星星座实现，该卫星星座由配置有一个或多个可控天线的多个LEO卫星组成，它们用于管理波束方向以避免交叉或干扰GEO天线，特别是GEO天线视轴。LEO星座的卫星优选地彼此切换通信(例如，从一个相邻的轨道卫星到另一个相邻的轨道卫星)，使得，例如，当一个卫星的LEO卫星波束关闭时(为了避免GEO天线，以及潜在的干扰)，另一个LEO卫星接收通信。根据一些实施例，相邻卫星可以包括与切换卫星在同一轨道平面上的相邻卫星，而根据一些其他实施例，接收通信切换的卫星可以是与切换卫星相邻但在另一个轨道平面中的卫星(例如，卫星与其他卫星处于不同的轨道平面)。
本发明提供了益处和优点，其概述，但不限于未列出的其他益处，可包括以下一个或多个。LEO卫星星座可以配置为在正常条件下重用任何GEO通信频谱，而不会对GEO的固定或移动业务造成干扰。LEO星座可以设计为接受作为独立变量的任何实际参数，用于围绕地球站(GEO地球站)的GEO指向矢量的保护频带角度，其中定向天线指向GEO卫星。LEO卫星向任何地球站发射的波束的方向优选地总是在与GEO卫星将发射到相同地球站的方向相反的方向上，相对于地球站的天底。根据一些实施例，该***可以实现简单的定向天线固定在与LEO***相关的地球站上，其只需保持指向北极或南极(取决于地球站的象限)，与GEO通信链路相比，可以为LEO通信链路提供额外的隔离余量，这两个通信链路都运行到位于同一位置的地球站并同时运行。此外，***可以提供以与GEO广播频率相同的频率实现的LEO通信，但是被控制以防止或最小化干扰。本***和与该***一起运行的卫星可以在空间上重用GEO卫星广播频率以用于LEO卫星的通信服务。
结合用于实现该方法的***、方法或卫星或其实施例描述的特征可以一起或组合提供，其中一个或多个特征与一个或多个其他特征组合。
附图说明
图1显示了贯穿本公开内容使用的命名法。
图2是说明整个四个象限中的卫星和轨道的地球的图。
图3是表示地球并且示出定向天线和地球同步卫星之间的实际仰角指向角的图。
图4是表示地球并且示出LEO轨道平面中的两个卫星的几何形状的图。
图5是表示地球并且示出了两组几何形状重叠的图，并且指示LEO卫星位置的方向矢量作为LEO卫星星座轨道。
图6A是表示地球并且示出最大纬度附近的终端情况的图，其中实际上可以预期任何地球站与GEO卫星通信。
图6B是图6A的示意图的放大局部视图，示出了其顶部。
图7A是表示地球并且示出赤道处的终端情况的图，其中实际上可以预期任何地球站与GEO卫星通信。
图7B是图7A的示意图的放大局部视图，示出了其顶部。
图8是表示地球的图，示出了用于说明本发明的一个平面的一部分，并且描绘了用于与世界上任何地方的地球站通信的基于LEO的星座。
图9是表示地球并且说明与根据本发明的两个卫星相关联的通信波束的图，两个卫星描绘为从北向南在赤道上空穿过天空。
图10A是表示地球并说明卫星在其轨道中任何特定点的纬度σ的图。
图10B是图10A的示意图的放大视图。
图11是表示地球并示出根据本发明的卫星星座(未按比例)的图示，其符合表1的规格(图14A-14B)。
图12是描绘简单环形天线的平面内天线方向图的图。
图13是表示地球并且示出了包括根据本发明的卫星星座的一部分的卫星的示例性布置的图示，并且示出了在地球表面上提供的具有最大增益指示的天线。
图14A-14B是表，参见表1，示出α＝5度，β＝5度和h＝1,800km的输入参数的各种参数的列表。
图15A-15B是表，参见表2，其与表1类似，但对于β＝0的极限情况，后向角度永远不会为负，而赤道上的后向波束角度λ为0。
图16A-16B是表，参见表3，其与表1类似，但是输入参数为α＝10度，β＝10度和h＝800km。
图17是表，参见表4，示出了在相同通信频率下，从在高空轨道上的星座中的LEO卫星到地球站的各种角度计算的平面内自由空间路径损耗(FSPL)，与到GEO卫星的FSPL相比较。
具体实施方式
参考图1，呈现了贯穿本公开内容和附图及等式使用的命名法。另外，为了有效地说明和解释本发明，所呈现的图和等式用于***的二维视图，其中图示在图2至图13中，并且在本文中以及在该部分的结尾处的列表中呈现等式(1至19)。本发明的一个特征是星座中的LEO通信卫星处于极轨道中。因为包含要重用频率的地球同步卫星的平面位于与所公开的极轨道LEO通信卫星星座的任何平面正交的轨道上，图和等式中公开的2D配置是来自3D配置的任何LEO轨道平面的简单投影。因此，3D图和等式是2D描绘的投影扩展，其由轨道力学和分析领域的技术人员很好地理解并且易于产生。
此外，比本文所呈现的更复杂的等式，其适应地球的微小椭球形状和其他更高阶因子，对于轨道力学领域的技术人员来说是众所周知的。在整个本公开中使用地球为完全球形的假设来说明所涉及的原理和本发明的构成法，但并不意味着对本文公开的任何事项形成限制。在不脱离本公开的范围的情况下，可以扩展本文公开的原理和本发明以适应非球形地球和更高阶轨道根数。
图2说明了这种情况，并为随后的图提供了基础。在图2中，表示极轨道中LEO卫星星座的多个LEO卫星平面的单个平面，其中许多卫星中的两个将在所示的轨道平面OP中，以LEO1和LEO2表示。如LEO通信星座的典型情况，并且在图中示为LEO1 BEAM和LEO2BEAM，LEO的卫星通常产生重叠的覆盖波束，用于传输和接收来自地面站的信号。在单个LEO卫星的每个覆盖波束内，可能存在多个子波束，在与地球站的通信功能中，能够在波束内重用频率和极化。此外，如本领域技术人员所熟知的，可以实时引导波束和/或子波束，以适应各种轨道元件和地球站的实用性。通过完全填充轨道平面，并通过以规则的角度纵向间隔定位多个轨道平面，可以始终用LEO通信星座中的至少一个卫星的波束覆盖整个地球。铱星通信卫星星座是由Iridium Satellite LLC拥有和运营的这种星座的一个示例。然而，铱星***以及其他***采用的频谱与GEO卫星通信***采用的频谱不同，并且不再有这种频谱可用。卫星及其操作的示例公开在美国专利5,410,728和5,604,920中，其全部内容引入本文作为参考。
仍然参考图2，北半球地球表面的点在北纬70度表示为P1NE，通过位于赤道的P8NE。对于每个点P，绘制一个矢量，表示定向天线的视轴，如果位于该点，它将指向地球同步卫星。另外，LEO卫星轨道以顺时针方式跟踪OP显示的轨道，然而这仅仅是图中的惯例和本公开中的命名法，并且不限制本公开的一般性。根据本文使用的惯例，对于象限1或2中的任何点P，极地轨道中的LEO卫星从北方上升并向南下降(在指示的行进方向上)。
仍然参考图2，可以看出，任何时候使用与地球站通信的GEO卫星相同频率的LEO卫星经过点P，轨道中有一个地点，在该地点处LEO卫星直接在GEO卫星和地球站之间排成一行。因此，在那个点处，如果LEO卫星以与地球站设定从GEO卫星接收的频率相同的频率进行发射，则会产生干扰，以及LEO卫星的信号可能会干扰GEO卫星的信号，因为地球站的天线和RF前端同时接收同一频率上的两个信号，即使是专门指向GEO卫星的高度定向的地球站天线也是如此。
现在参考图3，指示了指向任何地球同步卫星的地球表面上任何点P处的定向天线之间的实际仰角指向角。方位角指向角未示出并且与说明操作原理无关，因为3D中的任何方位角将具有到图3中所示的正交极面中的相同投影。控制等式1和2提供了对任何纬度Φ的γ计算的解。等式1和2在等式表及下面列出(在等式旁出现的等式数，在括号中)：
g＝rG[1+(rE/rG)2-2(rE/rG)cos(φ)]1/2 (1)
γ＝cos-1[(rG/g)SIN(φ)] (2)
作为示例而非限制，图3中的表以纬度10度的增量计算定向天线的近似仰角，从80度纬度开始到0度纬度，80度纬度大约是GEO到地球站视线通信链路可以维持的最高纬度，0度纬度是赤道。
接下来，参考图4，呈现了LEO轨道平面中两个卫星的几何形状。在该图4中并且包括等式3和4，指示了LEO卫星在平面内的间距s与从地球几何中心C处的顶点测量的对向角θ之间的关系。在该图4中，P表示赤道。下面给出等式3和4(在等式旁出现的等式号，在括号中)。
SIN(θ)/a＝SIN(90+α)/(rE+h)＝SIN(90-α)/rE (3)
s＝2rLSIM(θ/2) (4)
以Θ表示，等式5提供了用于确定角度Θ的解。
Θ＝2ARCSIN(S/2rL) (5)
接下来，参考图5，这两组几何形状是重叠的，从P1NE和P8NE看，重蓝线表示随LEO卫星星座运转时LEO卫星位置的方向矢量。在图5的覆盖图中可以看出，当LEO卫星从北方接近地球上的任何点P时，P指向GEO卫星的定向天线指向南方。
然而，当任何特定的LEO卫星经过然后越过任何点P时，如果它继续向后朝向P处的地球站发射，则在某一点它将沿指向GEO卫星的任何天线的视轴向下传输。
为了使LEO卫星星座能够连续覆盖地球上的任何地方，至少有一个卫星必须始终从地球上的任何点P进入视野，并且从该卫星到点P的指向方向不得与点P和GEO卫星之间的指向方向相同。因此，在LEO轨道上的第一卫星必须停止发射到P点以避免干扰同时到达并放置在同一频率上的GEO信号期间，LEO轨道中的另一第二卫星必须是在点P的视野中可用的，以便继续在LEO通信卫星星座和点P处的地球站之间可能发生的任何通信。图6和图7，包括这些图的“放大”视图，将用于演示两种最终情况，首先在图6A、6B中的近最大纬度处，在该处任何地球站实际上可以预期与GEO卫星通信(大约70度纬度)，其次在图7A、7B的赤道处。
现在参考图6A、6B，计算显示为计算极地LEO轨道中两个卫星的最大间距，这两个卫星是或可能与70度纬度的P1NE点通信，使得(a)地球站永远不会没有到轨道LEO卫星的视线，该LEO卫星高于当地地平线适当地足够远处，以便可靠地进行通信，以及(b)在任何轨道LEO卫星位于地球站和GEO卫星之间的向量周围的保护频带内的时期，另一个LEO卫星在视野范围内(并且高于当地地平线足够远)，以从第一个LEO卫星接管与地球站的任何通信功能(因为当第一个LEO处于保护频带内时它不能发送到地球站，使得它不会干扰到地球站的GEO卫星通信)。
在图6A、6B中，必须找到s(参见等式3和4)，其用于计算θ(参见等式5)，因此，计算LEO轨道平面所需的卫星数量，受限于在高度h处轨道运转的卫星必须以至少角度α高出当地地平线并且以角度γ围绕地球站和GEO之间的矢量保持保护频带角度β的约束。采用余弦公式，首先相对于三角形C-P1NE-D来计算d，然后相对于三角形C-P1NE-A来计算a，然后最后相对于三角形A-P1NE-D来计算s，给定先前计算的d，先前计算的a和已知角度ω1。(虽然等式8可以提供两种解，但是有意义的解用于距离d。)相关的等式表示为等式5至8、9至12和11至13，其在下面给出(在等式旁出现的等式号，在括号中)。
Θ＝2ARCSIN(S/2rL) (5)
Figure GDA0002487967340000071
Figure GDA0002487967340000072
Figure GDA0002487967340000073
ω3＝(90+α) (9)
Figure GDA0002487967340000074
Figure GDA0002487967340000075
Figure GDA0002487967340000076
ω2＝(180-α-γ-β) (13)
通过比较图6A、6B和图7A、7B可以看出，当LEO星座中的卫星接近赤道并用其通信波束覆盖点P时，当P也接近赤道时，卫星上升到地平线时以及其必须停止向P点发射时之间的距离减小。然而，与卫星和点P的更北偏位置不同，赤道上的点P也可以由离开赤道或者在天空中下降到南方的LEO卫星通信。
图8示出了本发明的一个平面的一部分，其包括基于LEO的星座，用于与世界任何地方的地球站进行通信，并且其可以在为GEO到地球站使用而分配的频谱中同时运行，包括在同一时间和地点的地球站，其操作将在下面进一步描述。图8示出了在两个不同概念时间的一个轨道平面上的三个卫星(由指定为1、2和3的圆圈表示)，称为T＝1和T＝2，在赤道附近工作以服务于赤道的地面站。在时间T＝1的卫星1、2和3由实线圆圈表示，在时间T＝2的卫星由虚线圆圈表示。赤道附近的操作是本发明的限制性情况，因此详细示出并且是本公开的大部分内容的焦点。在图8中，标记为“2”的一个卫星在T＝1时接近赤道，然后穿过赤道，其下方为点P8NE。在该图中，引入了点P8SE，与P8NE是几乎相同的点，除了其在赤道以南，而P8NE位于赤道以北。北部地平线表示为NH，南部地平线表示为SH。
在所公开的发明中，当卫星3相对于赤道P8NE处的地球站以高于北地平线NH的方向上升选择角α时，卫星3能够与P8NE建立通信链路。在T＝1的同时，除了必要的切换时间之外，先前与P8NE通信的卫星2在进入P8NE的GEO卫星保护频带时停止与P8NE的通信。随着卫星3继续在P8NE的北部天空上升，它继续满足P8NE的任何通信需求，其可以与任何GEO卫星使用的频率相同，不干扰所述GEO卫星正在进行的任何通信，直到它到达T＝1处卫星2所示的位置。此时，卫星4(未示出)将相对于P8NE开始在北方地平线上方上升，使得卫星3可以在其穿过P8NE的GEO保护频带时关闭其与P8NE的通信链路。
同时，当卫星2在T＝2时从P8NE的保护频带出来时，它可以开始服务于P8SE，假设其与P8NE在赤道上的同一位置，除了其在赤道以南。在卫星2开始服务P8SE之前，P8SE由卫星3服务，卫星3设置在南方，相对于P8SE。以同样的方式，全球各个点都被星座中的卫星所覆盖。
现在参考图9，在所公开的发明中与两个卫星相关联的通信波束描述为它们从北向南穿过赤道上空。如前所述，所描述的波束是由LEO卫星上的实时可调波束天线产生的天线方向图，例如可以用相控阵天线产生，这是本领域技术人员所熟知和理解的。如前所述，波束包络可以在每个波束包络内具有各种子波束，用于特定的频率重用、极化重用或容纳其它轨道根数或地球站根数，但这些都在本发明的范围内。
仍然参考图9，相对于卫星的前向波束角度表示为角度ψ，而波束的后向角度表示为角度λ。
如图9所示，在LEO通信卫星的极轨道的下降半圆周围，对于卫星在象限1中的部分，LEO以ψ的角度连续地向其行进的方向投射其通信波束，对于与地球站的通信而言，ψ可以是合理或可行的大角度，直到卫星的纬度σ达到所谓的纬度极限，当它接近赤道时。关于波束的前部，当它接近赤道时，LEO卫星定向天线的控制装置开始减小其前向波束的前向角，如标记为SAT2的卫星从赤道向T＝1前进到T＝6所示。
又在图9中，现在注意到标记为SAT1的卫星，当它从T＝1前进到T＝6时，它的波束在赤道上熄灭，并且当它穿过赤道上的GEO保护频带时，没有来自任何地面站与该卫星的通信。在跨越赤道保护频带进入到象限2之后，SAT1然后扩展其所指示的其通信波束的后向指向部分，使得当卫星到达远离赤道的纬度极限角度时，后向波束覆盖其后面的最大区域，作为象限1中产生的前向波束通信覆盖区域的镜像。
每个卫星还控制所谓的后向波束的角度λ，如图10A、10B所示。图10A、10B还表示卫星在其轨道中任何特定点的纬度σ。参数和标记α、β、γ、A、P、C、a和d如先前关于图6和7所讨论的，等式5至15如先前关于图6和7所述的那样操作，以计算三角形的相关几何角度和长度。一旦找到长度a和d，对于给定的β和γ，使用等式17、18和19来计算纬度极限处的ψ和作为σ的函数的λ。下面给出等式14至19(在等式旁出现的等式号，在括号中)。
s2＝a2+d2-2adcosω2 (14)
Figure GDA0002487967340000091
Figure GDA0002487967340000092
Figure GDA0002487967340000093
Figure GDA0002487967340000094
Figure GDA0002487967340000095
对于α＝5度，β＝5度和h＝1,800km的输入参数，各种参数的列表在表1(图14A-14B)中出现。对于那些参数，以红色概述的计算定义了所公开发明的主要元件，以及调节波束和/或子波束投影的卫星天线控制机构的实现，示出：每个极轨道平面都需要11个卫星，所需的最大前向波束角度为50.96度，前向波束应开始限制在34.04度的卫星纬度(当它接近赤道时保持指向刚好超过赤道)，以及后向波束角度λ应该跟踪标有λ和σ的列中指示的值，其中长黑线左侧的σ视为基于LEO卫星与地球站P通信的因变量，如第一列所示。请注意，当接近赤道时，后向波束角度变为负值，表明当卫星接近赤道时，后向波束必须开始指向卫星前方而不是后方，以避免沿指向GEO卫星的天线的视轴向下传输。在β＝0的极限情况下，后向角度永远不会变为负，赤道上的后向波束角度λ为0(这种情况如表2，图15A-15B所示)。表1(图14A-14B)中长黑线右侧的σ和ψ下的列计算前向波束角度作为卫星纬度的函数，现在卫星的纬度视为一个独立变量。
为了说明所公开的发明如何适用于其他参数，表3(图16A-16B)示出了α＝10度，β＝10度和h＝800km的输入参数的计算。对于那些参数，计算显示：在每个极轨道平面上需要21个卫星才能实现该方法，所需的最大前向波束角度为61.04度，并且前向波束应开始限制在18.96度的卫星纬度(当它接近赤道时保持指向刚好超过赤道)。例如，仍然参考表3(图16A-16B)，当星座中的一个卫星接近象限1中的赤道时，当其纬度参考地球中心位于北纬8.06度时，它的后向波束必须是-0.05度或更小，因此实际上后向波束指向前方。
从图9和10中可以看出，当星座中的一个卫星接近赤道时，其整体波束宽度由控制方程下降到零。然而，当波束宽度接近零时，可实现的卫星天线存在一些实际限制。该实际限制可以基于天线的实施方法及其相关的控制功能而改变，并且在该限制下，可以简单地关闭波束(不再发射)。通过调节保护频带β，可以适应与这种最小波束宽度相关的任何额外余量。
卫星可以配置有控制卫星操作的卫星控制机构。例如，控制机构可以确定卫星的位置，包括其纬度，并且可以使用纬度位置来调节从卫星投射的波束。根据一些实施例，卫星控制机构优选地包括由卫星携带的计算组件。计算组件优选地包括提供有软件的计算机，该软件包括用于监视卫星沿其轨道的位置以及调节由卫星的天线投射的波束的指令。可以采用任何合适的用于引导天线波束的机构，包括限制、扩展、引导或组合这些方法以调节波束角度的机械或电子控制。波束也可以由子波束形成。卫星可以配备有一个或多个实时可调节波束天线，例如相控阵天线，或本领域已知的其他天线。卫星天线可以生成波束包络，其可以包括用于特定频率重用和/或极化重用的各种子波束。根据一些实施例，波束包络子波束可以配置为容纳其他轨道根数和/或地球站根数。根据优选实施例，卫星配置为产生一个或多个波束，并且优选地，波束可以配备有一个或多个前部以及一个或多个后部(例如，波束前部可以包括第一波束，波束后部可以包括第二波束)。可以调节波束部分(例如，通过打开或关闭它)以限制波束场或投影。根据一些实施例，可以使用卫星的电源为卫星控制机构供电。根据一些实施例，***组件可以由太阳能电池板供电，为了这个目的和其他目的，太阳能电池板可以部署在卫星上。卫星波束控制机构优选地包括计算组件，其配置为处理卫星位置信息，并确定由天线(例如，卫星的发射天线)提供的波束角度。控制机构优选地根据来自卫星位置信息和定位的应用的确定来操纵波束角度，如本文所述，并且特别地，根据由本文的等式表示的实施例(参见例如等式5至13)。可以为卫星提供合适的天线，用于与地球站通信。例如，可以提供相控阵天线、螺旋天线或其他合适的天线。此外，卫星可以配置为与其他卫星通信。可以提供合适的天线，例如用于卫星交叉链路通信的透镜。例如，相邻卫星可以彼此通信。卫星还可以配备有用于路由信号(例如通信和数据)的设备。例如，卫星可以配置有一个或多个交换单元，其处理关于通信目的地的信息，并通过适当的卫星路由通信。根据一些实施例，卫星配置为将通信路由到卫星的波束范围内的地球站，并且地球站可以连接到将通信路由到指定目的地的网络。类似地，来自地球站的传输可以由卫星接收，并且卫星可以将该通信路由到目的地，例如设备。例如，根据一些实施例，卫星和卫星***最好可以在任何卫星和地面网络之间传输数据报。可以配置为网关站或与网关站相关联的地球站可以在卫星之间接收和发送诸如数据报之类的信号。这可以通过在同一卫星(即弯管)的情况下立即将数据报重新收发到网关站来进行，数据从地球站或网关传输到卫星的地方，卫星再次将其发回。在一些实施例中，除了处理以重新发送信号之外，可以在没有修改的情况下发送信号或数据(其可以涉及信号放大中的一个或多个，移位上行链路/下行链路频率以用于重传。根据其他实施例，卫星可以配置有可以用于执行信号的板上处理的设备，例如，解调、解码、重新编码和/或调制信号(例如，通过再生转发器)。根据一些优选实施例，任何卫星和地面网络之间的数据报传输可以通过交叉链路到卫星星座中的一个或多个其他卫星，然后从这些其他卫星到网关。例如，预期的网关可能不是在任何特定时间在第一卫星的视野内，而是可以在卫星星座的其他卫星之一的视野内。在网关的视野内的卫星可以接收从另一个卫星(例如，第一卫星)路由的数据报。星座的卫星优选地可以配置为交联，并且通过它们各自的交叉链路来路由传输。
等式和表格可以用数学领域中熟知的简单数学操作重新排列，以使任何特定参数显示为自由变量，此后，允许计算其余的卫星星座轨道元件和卫星天线指向装置，而不超出本发明的范围。
从所公开发明的对称性容易理解，卫星在每个象限中以彼此的镜像操作。也就是说，象限1中的平面中的卫星的几何形状、天线方向图和操作在赤道周围镜像以生成象限2，然后将其围绕地球的南北轴镜像以生成象限3，然后在赤道周围镜像以生成象限4。已经详细呈现了穿越赤道的卫星的细节，因为这是干扰最大可能的地方，当穿越赤道的时候，最有效的干扰避免技术是简单地使赤道-超越卫星在GEO指向矢量周围的保护频带内停止发射到地球站。这也允许卫星有足够的时间将天线***重新定向到后续象限。当卫星越过极点时，它还必须重新定向其天线指向***，但是其机制可以以本领域技术人员适当设计的任何方式以不受约束的方式执行，因为在极点没有可能的地球同步通信，因为从极点看不到地球同步卫星。
应当注意，图8、9和10中的图暗示LEO通信波束恰好在赤道处与地面相交。在实际实施中，当卫星接近赤道时，波束将向前延伸超过赤道一定程度，以适应轨道和天线方向图中的各种不确定性，以及当它进入赤道上的保护区时，以适应从另一个LEO卫星切换所需的时间。在不超出本发明范围的情况下，容易适应这种实际问题。
使卫星天线和天线控制***的设计复杂化的选择如下，但仍然在本发明的范围内。上面已经公开的波束包络通常由许多子波束组成。当卫星经过赤道上方或附近时，某些子波束可以关闭或重定向，从而能够为赤道上方和下方的区域提供额外的通信支持，而不会使卫星停止向地球站的所有传输。然而，该选择需要仔细控制卫星天线方向图的旁瓣，这会增加费用，并且对于某些天线实现方法而言在技术上可能是不可能的。
因为所公开的卫星星座的轨道是极坐标的，所以LEO卫星星座的方位角平面可以独立于本文已经详细描述的仰角平面操作。因此，可以将用于完全全球覆盖的平面的数量设计为关于卫星的操作及其在平面中的天线方向图的独立变量。例如，基于LEO的通信***可以设计为覆盖轨道平面右侧或左侧的30度经度，同时如本公开所提供的那样操作，并且如上面关于表1(图14A-14B)，例如在轨道平面内。
图11示出了一个完整的卫星星座(不按比例)，符合表1(图14A-14B)的规格，每个平面有11个卫星和6个平面(图中只绘出三个)，轨道高度为1800km，位于所需的极轨道上。如图11所示，可以填充每个平面，使得平面内的卫星具有与相邻平面稍微偏移的每个卫星的赤道穿越时间，根据所选择的平面间距，其可以提供进一步的辅助，以覆盖靠近赤道附近的地球站，这些地球站更靠近相邻的轨道平面。
本文公开的LEO通信星座类与另一个地球终端或地球网关之间的前向通信的方法是灵活的，并且可以通过所谓的弯管结构中的每个卫星视野内的地球网关，或者可以通过交叉架构，例如铱星卫星星座所采用的架构。利用所公开的发明，这两种实现都是可能的，并且可以采用任一种来完成地球站、本文公开的卫星星座内操作的卫星与另一个地球站或其他地面数据或通信网络之间的通信链路。
除了GEO通信卫星之间提供的隔离，GEO涉及的地球站和本文公开的基于LEO的通信***，其由操作和天线***的几何形状提供，所公开的***的附加特征涉及与LEO卫星通信的地球站，现在可以对其进行描述。当地球站在所公开的***中发射到LEO卫星时，传输必须仅克服到LEO卫星的距离，这需要比克服到相同频率的GEO卫星的距离所需的信号功率小得多的信号功率。这种情况在图17的表4中示出，其示出了在相同的通信频率12GHz(Ku波段)下，从800km高度轨道的星座中的LEO卫星到地球站的各种角度计算的面内自由空间路径损耗(FSPL)，与到GEO卫星的FSPL相比较。计算表明路径损耗的最小差异为33dB。路径损耗的差异提供了显着的链路余量，以进一步降低由具有全向天线的地球站发送的仅打算发送到LEO卫星的信号仍然被在同一频率上收听的GEO卫星识别，从而导致对GEO卫星通信***的干扰的可能性。
仍然参考图17所示的表4，相同的路径损耗数据提供了与LEO卫星通信星座相关的地球站的能力的基础，该地球站具有全向天线以避免来自基于GEO的通信信号对其的干扰。由于LEO卫星通过几何与基于GEO的接收站隔离，LEO卫星可以以这样的功率发射，使得与LEO***相关联的地球站在地面上接收的信号功率可以远高于来自GEO***的相同频率的全向天线接收的相同功率，因此，通过接收机设计领域的技术人员通常已知的方式，使LEO相关地球站能够拒绝来自GEO卫星的弱得多的信号。
尽管有上一段，但可能需要额外的链路余量以适应给定***设计中更宽的操作包络。因此，所公开的LEO***可以与设计成仅与LEO卫星通信的地球站配对，即使它们在与与其旁边的GEO卫星通信的地球站相同的频率上进行通信。所公开的基于LEO卫星的通信***的一个附加可选元件是向地球站添加定向天线。虽然可以选择具有小波束宽度的完全方位角和仰角定向天线，但是对于某些应用来说，这种天线在成本、尺寸、重量或功率方面通常是过高的。然而，如上所述操作的LEO卫星提供的通信方向始终指向北半球的北方，并指向南半球的南方。这一事实使得地球站能够使用极其简单的定向天线。简单环形天线的平面内天线方向图垂直于地面，如图12所示。即使这个简单的天线在赤道上的点P处提供多达12dB的额外链路余量，对于更高的纬度甚至更高。对地球站的唯一要求是，如果地球站位于南半球，或者一般是北方，如果地球站位于北半球，则天线最高增益的方向通常指向南方。
现在参考图13，示出了通过将最大天线增益指向远离GEO卫星方向并朝向LEO卫星方向，获得额外的余量以帮助最小化LEO地球站的传输由GEO卫星***以足够的功率接收以便识别的可能性。通常指向北或南的要求，仅取决于地球站所在的半球，对地球站定向天线的要求比对完全方位角和仰角定向能力的要求要简单得多，从而使得公开的基于LEO的***更经济便于大规模部署。可以创建来自其他类型天线的其他类似模式，这些模式对于定向天线领域中的技术人员来说是公知的，其可以在经济实现的情况下提供相同或更大的附加余量，而不脱离本公开的范围。
参考接收和发送它与LEO卫星之间的通信的地球站。地球站可以包括位于地球上的天线，以接收来自LEO卫星的传输和/或向LEO卫星发送传输。地球站的天线可以是任何合适的天线，用于接收和/或发送适当的频率，特别是发往和来自LEO卫星的RF频率。每个LEO卫星可以配置有一个，优选地多个天线。例如，LEO卫星可以具有在前向方向上发射前向波束的第一天线和在后向方向上发射后向波束的第二天线(例如，相对于卫星轨道方向)，天线可以独立控制，并且可以限制或扩展它们各自的波束或熄灭它们。卫星天线可包括一个或多个相控阵天线。例如，相控阵天线可以配置有多个单独的辐射元件，这些辐射元件可控制以控制波束覆盖范围，特别是波束配置和角度。卫星上的计算机，根据一些实施例，其可以包括编程有用于操纵波束角度的指令的专用计算机(例如，它可以包括存储在芯片上的软件或包含指令的其他电路组件)，可以用来控制天线阵列以产生可以根据卫星轨道增加或减少的波束投影，并且可以执行该波束投影以最大化天线的覆盖范围。计算机优选地配置有包含指令的软件，该指令用于调节天线的操作以消除否则可能干扰GEO卫星通信的传输(包括LEO卫星和GEO卫星传输使用相同频谱的情况)。这可以通过控制来自天线的投影的波束角度以及根据需要关闭天线(例如，当在GEO地球站天线的保护频带范围内时)来执行。根据一些优选实施例，计算机可以配置为根据本文阐述的确定来操纵波束投影。卫星波束优选地被机械地，电子地或通过两种方式操纵，以产生期望的覆盖波束并且避免GEO卫星天线(例如，GEO地球站的)的保护频带内的传输。
利用本发明可以实现这些和其他优点。虽然已经参考具体实施例描述了本发明，但是该描述是说明性的，而不应解释为限制本发明的范围。在不脱离本文所述和由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下，本领域技术人员可以想到各种修改和变化。
引用的等式列表
Figure GDA0002487967340000141
Figure GDA0002487967340000151
Figure GDA0002487967340000161

Claims (93)

1.一种用于通信的低地球轨道卫星(LEO)星座***，包括：
a)围绕地球的极轨道中的多个卫星；
b)卫星安排在围绕地球的轨道平面上，以便为地球上的点并在所有时刻提供覆盖，以便进行通信，以及
c)其中每个轨道平面内的卫星数量提供轨道平面范围内的通信；
d)其中每个卫星具有用于接收信号和发送信号到地球站的天线，并且其中利用控制机构来控制卫星天线以避免沿在地球上的任何点处的指向GEO的天线的视轴向下传输；
e)其中卫星轨道平面定义轨道平面，所述轨道平面围绕地球的四个象限的极轨道，其中卫星具有指向控制器，并且其中利用算法来编程指向控制器以引导卫星传输以最大化覆盖并避免沿指向GEO的天线的视轴向下传输；
f)其中卫星指向控制器指示轨道平面的四个象限中的每个的卫星传输覆盖范围，以镜像在卫星轨道的前一个象限中投射的后向指示的波束的卫星传输覆盖范围；
g)其中在赤道的象限之间的过渡包括卫星关闭其朝向地球的发射器，以避免沿指向地球同步地球轨道(GEO)卫星的天线的视轴向下传输；以及
h)其中卫星和地球站之间的传输是使用在同一地区通信的GEO通信卫星也采用的频谱进行的；
i)其中卫星是LEO卫星。
2.根据权利要求1所述的***，其中任何卫星和地面网络之间的数据报传输方式是通过将数据报直接重新收发到位于同一卫星视野内的网关站。
3.根据权利要求1所述的***，其中LEO卫星星座的任何卫星和地面网络之间的数据报传输方式是：由第一卫星通过交叉链路将数据报传输到所述星座中的一个或多个其他卫星，然后从所述其他卫星到网关，其中网关在任何特定时间都不在第一卫星的视野。
4.根据权利要求3所述的***，其中所述卫星包括用于在卫星之间切换数据报传输的切换装置，其中与卫星相关联的切换装置配置为将数据报的传输切换到与另一卫星相关联的切换装置。
5.根据权利要求1所述的***，其中与在地球站和卫星之间发送数据报相关联的相关联地球站采用全向天线。
6.根据权利要求1所述的***，其中与在地球站和卫星之间发送数据报相关联的相关联地球站采用相对于卫星星座的轨道平面向北或向南定向的定向天线。
7.根据权利要求5所述的***，其中天线在仰角和方位角都是定向的。
8.根据权利要求1所述的***，其中卫星布置在围绕地球的轨道平面上，为地球上的每个点提供覆盖。
9.根据权利要求1所述的***，其中根据卫星高度和地平线仰角的最大发射和接收覆盖，选择每个轨道平面中的卫星数量。
10.根据权利要求1所述的***，其中所述卫星指向控制包括控制机构，并且其中控制机构控制来自卫星的一个或多个天线的波束以引导卫星传输；
a)根据后向方向的波束投射以角度λ的后向波束角投射，对于地平线和GEO地球站指向地球同步卫星的地球上某一点的位置处的矢量之间的锐角γ，以及对于围绕GEO地球站和它指向的GEO卫星之间的矢量的GEO保护频带角度β，与地平线成γ角，由以下表达式确定：
Figure FDA0002487967330000021
其中rE代表地球的半径，其中rL代表卫星轨道的半径，其中γ代表地平线与GEO地球站指向地球同步卫星的地球上某一点的位置处的矢量之间的锐角，其中β围绕代表GEO地球站与其指向的GEO卫星之间的矢量的GEO保护频带角度，与地平线成γ角；以及
b)根据前向方向的波束投影以ψ的前向波束角投射，对于卫星轨道中的给定纬度位置，由以下表达式确定：
Figure FDA0002487967330000022
其中rE代表地球的半径，其中α代表地平线仰角，其中rL代表卫星轨道的半径。
11.根据权利要求10所述的***，其中，利用控制机构来控制来自卫星的投影以使覆盖范围最大化，并且其中控制来自卫星的投影以避免沿指向GEO的天线的视轴向下传输。
12.根据权利要求1所述的***，其中卫星具有控制卫星发射器的控制机构，并且其中通过控制机构控制卫星天线关闭其通信链路以利用所述控制机构避免沿在地球上的任何点处的指向GEO的天线的视轴向下传输，所述控制机构配置为在来自发射器的发射将与指向GEO卫星的GEO地球站天线的视轴重合的位置处关闭发射器。
13.根据权利要求12所述的***，其中每个卫星配置为关闭其发射器，所述发射器在赤道的象限之间的过渡处向地球发射，以避免沿指向GEO卫星的天线的视轴向下传输。
14.根据权利要求1所述的***，其中LEO卫星提供通信链路，并且其中LEO卫星星座的卫星接近GEO卫星地球站或在接近卫星的轨道平面内的GEO卫星保护频带的天线的视轴配置为将通信切换到另一个不在GEO卫星的天线视轴内的LEO卫星。
15.根据权利要求1所述的***，其中所述用于接收信号和发送信号到地球站的LEO卫星天线包括实时可调节波束天线。
16.根据权利要求1所述的***，其中卫星发射从天线投射的波束，所述波束具有相对于轨道内卫星运动的前向和后向方向。
17.根据权利要求1所述的***，其中卫星发射从天线投射的波束，并且其中所述波束具有前向指向部分和后向指向部分。
18.根据权利要求16所述的***，其中卫星天线包括定向天线；其中，前向方向的卫星波束以前向波束角度ψ投射，并且其中后向方向的卫星波束以后向波束角度λ投射；其中，当LEO卫星向纬度极限移动时，利用控制机构定向所述卫星定向天线以减小ψ的前向射束角。
19.根据权利要求18所述的***，其中随着卫星移动到远离赤道的纬度极限角度，当LEO卫星移动时，利用控制机构定向卫星定向天线以减小前向波束角度ψ。
20.根据权利要求18所述的***，其中当卫星远离赤道时，操纵卫星定向天线以增加后向指向波束角度λ。
21.根据权利要求18所述的***，其中当卫星远离GEO地球站保护频带时，利用控制机构定向卫星定向天线以增加后向指向波束角度λ。
22.根据权利要求18所述的***，其中当卫星远离GEO地球站的视轴时，利用控制机构定向卫星定向天线以增加后向指向波束角度λ。
23.根据权利要求17所述的***，其中卫星波束的卫星通信波束前向部分具有前向波束角度，所述前向波束角度作为卫星的纬度的函数进行调整。
24.一种低地球轨道(LEO)卫星星座通信***，包括：
a)极轨道上的多个低地球轨道(LEO)卫星，极轨道覆盖地球的四个象限；
b)在每个卫星上提供的通信处理设备，所述通信处理设备包括处理器和用于在地球站和卫星星座的一个或多个卫星之间接收和发送信号的电路；
c)其中每个卫星至少有一个天线用于接收信号和发送信号到地球站；以及
d)其中所述天线是可控制以关闭其通信链路的，以避免沿在地球上的任何点处的指向GEO的天线的视轴向下传输；
e)其中每个卫星具有波束控制机构，所述波束控制机构包括配置为处理卫星位置信息和确定卫星天线提供的波束角度的计算组件，使得波束角度提供避免在地球上的任何点处的指向GEO的天线的视轴向下传输的覆盖。
25.根据权利要求24所述的***，其中卫星星座的每个所述卫星具有用于控制它们各自的天线的控制机构。
26.根据权利要求25所述的***，其中控制机构控制至少一个天线以引导波束不干扰指向GEO卫星的GEO卫星地球站天线的视轴。
27.根据权利要求26所述的***，其中控制机构控制卫星的一个或多个天线以产生以前向波束角度投射的前向方向的波束，并产生以后向波束角度投射的后向方向的波束。
28.根据权利要求27所述的***，其中后向方向的卫星波束以后向波束角度投射，所述后向波束角度随着卫星在其定向轨道中向前移动而减小。
29.根据权利要求27所述的***，其中前向方向的卫星波束以前向波束角度投射，所述前向波束角度随着卫星在其定向轨道中向前移动而增加。
30.根据权利要求28所述的***，其中前向方向的卫星波束以前向波束角度投射，所述前向波束角度随着卫星在其定向轨道中向前移动而增加。
31.根据权利要求28所述的***，其中在后向方向上的卫星波束以后向波束角度λ投射，对于地平线和GEO地球站指向地球同步卫星的地球上某一点的位置处的矢量之间的锐角γ，以及对于围绕GEO地球站和它指向的GEO卫星之间的矢量的GEO保护频带角度β，与地平线成γ角，由以下表达式确定：
Figure FDA0002487967330000041
其中rE代表地球的半径，其中rL代表卫星轨道的半径，其中γ代表地平线与GEO地球站指向地球同步卫星的地球上某一点的位置处的矢量之间的锐角，其中β代表围绕GEO地球站与其指向的GEO卫星之间的矢量的GEO保护频带角度，与地平线成γ角。
32.根据权利要求29所述的***，其中前向方向的卫星波束以前向波束角度ψ投射，其中对于卫星轨道中的给定纬度位置，投射的前向波束角度ψ由以下表达式确定：
Figure FDA0002487967330000042
其中rE代表地球的半径，其中α代表地平线仰角，其中rL代表卫星轨道的半径。
33.根据权利要求32所述的***，其中地平线仰角包括卫星和卫星可以与之通信的地球站的地平线和卫星之间的最小角度，从地球站位置看。
34.根据权利要求30所述的***，其中在后向方向上的卫星波束以后向波束角度λ投射，其中，对于卫星轨道中的给定纬度位置，投射的后向波束角λ由以下表达式确定：
Figure FDA0002487967330000043
其中rE代表地球的半径，其中rL代表卫星轨道的半径，其中γ代表地平线与GEO地球站指向地球同步卫星的地球上某一点的位置处的矢量之间的锐角，其中β代表围绕GEO地球站与其指向的GEO卫星之间的矢量的GEO保护频带角度，与地平线成γ角，以及其中rL代表卫星轨道的半径，其中前向方向的卫星波束以前向波束角度ψ投射，以及其中对于卫星轨道中的给定纬度位置，投射的前向波束角度ψ由以下表达式确定：
Figure FDA0002487967330000051
其中rE代表地球的半径，其中α代表地平线仰角，以及其中rL代表卫星轨道的半径。
35.根据权利要求27所述的***，其中在前向方向上产生的波束由多个子波束组成。
36.根据权利要求27所述的***，其中在后向方向上产生的波束由多个子波束组成。
37.根据权利要求27所述的***，其中在前向方向上产生的波束和在后向方向上产生的波束中的至少一个由多个子波束组成，并且其中所述子波束是可控的，以控制来自所述卫星天线的通信波束的投射。
38.根据权利要求27所述的***，其中在前向方向上产生的波束由多个子波束组成，其中在后向方向上产生的波束由多个子波束组成，并且其中所述子波束是可控的，以控制来自所述卫星天线的通信波束的投射。
39.根据权利要求37所述的***，其中通过定位提供子波束的所述天线可以控制子波束。
40.根据权利要求37所述的***，其中所述前向波束和所述后向波束中的至少一个可通过激活或去激活包括相应的前向波束或后向波束的子波束来控制。
41.根据权利要求37所述的***，其中所述前向波束可通过激活或去激活包括前向波束的子波束来控制，并且其中所述后向波束可通过激活或去激活包括后向波束的子波束来控制。
42.根据权利要求24所述的***，其中卫星天线包括实时可调波束天线。
43.根据权利要求42所述的***，其中实时可调波束天线包括相控阵天线。
44.根据权利要求42所述的***，其中天线提供的波束包络由子波束组成，子波束配置用于特定的频率重用、极化重用或其他轨道根数或地球站根数的容纳。
45.根据权利要求43所述的***，其中天线提供的波束包络由子波束组成，子波束配置用于特定的频率重用、极化重用或其他轨道根数或地球站根数的容纳。
46.根据权利要求24所述的***，其中提供所述卫星星座使得卫星星座的至少一个卫星始终从地球上的任何地球站可见。
47.根据权利要求26所述的***，其中前向方向的卫星波束以前向波束角度ψ投射；其中后向方向的卫星波束以后向波束角度λ投射；其中至少一个卫星天线包括投射前向波束的定向天线，并且其中当LEO卫星向纬度极限移动时，利用控制机构定向投射前向波束的至少一个定向天线以减小前向波束角度ψ，其中至少一个卫星天线包括投射后向波束的定向天线，其中，当LEO卫星向纬度极限移动时，利用控制机构定向投射后向波束的至少一个卫星定向天线以增加后向波束角度λ。
48.根据权利要求47所述的***，其中每个定向天线具有向天线提供信号的相关发射器，并且其中每个卫星配置为在其发射器的发射与指向GEO卫星的天线的视轴重合的位置处关闭相关发射器。
49.根据权利要求24所述的***，其中所述至少一个用于接收和发送到地球站的天线包括定向天线，并且其中至少有一个与定向天线相关联的发射器向天线提供信号，并且其中每个卫星配置成在其发射器的发射与指向GEO卫星的天线的视轴重合的位置处关闭相关发射器。
50.根据权利要求49所述的***，其中卫星星座位于地球的四个象限上的轨道平面内，地球的四个象限定义了轨道平面的相应的四个象限，并且其中赤道限定了轨道平面的象限之间的过渡。
51.根据权利要求50所述的***，其中每个卫星配置为关闭其发射器，所述发射器在赤道的象限之间的过渡处向地球发射，以避免沿指向GEO卫星的天线的视轴向下传输。
52.根据权利要求51所述的***，其中，轨道平面的相应的四个象限为第一象限、第二象限、第三象限、第四象限，而第二象限、第三象限和第四象限中的每个象限是第一象限的操作中的镜像，其中轨道中卫星星座的卫星镜像每个象限的角度波束投影。
53.根据权利要求24所述的***，其中所述卫星使用同一区域中的GEO通信卫星也使用的频谱进行操作。
54.根据权利要求52所述的***，其中所述卫星使用同一区域中的GEO通信卫星也使用的频谱进行操作。
55.根据权利要求47所述的***，其中前向波束角度ψ和后向波束角度λ在纬度极限处确定，作为以角度γ围绕GEO地球站和GEO卫星之间的矢量的给定保护频带角度β的纬度极限σ的函数，并且其中卫星在高度为h的轨道上，所述高度h至少以角度α高出本地地平线。
56.根据权利要求30所述的***，其中每个卫星包括具有硬件处理器的计算机，并且其中利用包含用于指示计算机在前后方向上操纵来自卫星的波束的指令的软件来编程计算机，所述指令包括指示计算机进行以下操作：
通过监测卫星的卫星高度和位置坐标来确定前向波束角度ψ，其中前向波束角度ψ是相对于由地球中心和卫星位置定义的矢量在卫星轨道方向上从卫星向前投射的波束角度；
通过监测卫星的卫星高度和位置坐标来确定后向波束角度λ，其中后向波束角度λ是相对于由地球中心和卫星位置定义的矢量从卫星向后以与卫星轨道相反的方向向后投射的波束角度；
确定位于卫星轨道视线内的GEO地球站的位置；以及
控制前向波束角度ψ和后向波束角度λ以最大化覆盖范围并避免沿GEO地球站天线的视轴向下传输。
57.根据权利要求24所述的***，其中卫星星座的LEO卫星分布在地球表面上方的轨道平面上；其中卫星星座的LEO卫星相对于卫星星座的相邻LEO卫星分布在轨道上，使得LEO卫星和与其相邻的卫星在它们之间的视线距离内。
58.根据权利要求24所述的***，其中卫星在它们的轨道平面内以一条视线距离(s)间隔开，与相邻卫星间隔开，其中视线距离(s)是轨道上两个LEO卫星之间的视线距离。
59.根据权利要求57所述的***，其中卫星星座的卫星之间的最大视线距离间隔由地平线与卫星之间卫星可以与位于地球上一点的地球站进行通信的最小角度确定。
60.根据权利要求59所述的***，其中相邻卫星之间的最大间隔距离由相应轨道平面中每个相应相邻卫星的相应纬度位置定义的矢量的角度θ确定，其中角度顶点是地球的中心。
61.根据权利要求60所述的***，其中所述角度θ由表达式Θ＝2ARCSIN(S/2rL)确定，其中S是相邻卫星之间的间隔距离，由表达式s＝2rLSIN(θ/2)表示，其中RL表示卫星轨道的半径。
62.根据权利要求57所述的***，其中卫星星座的至少一个第一轨道卫星LEO卫星在本地地平线上方一距离，以便在LEO地球站的视线内，所述LEO地球站接收来自卫星星座的可用于可靠通信的传输；其中，在卫星星座的至少一个第一轨道LEO卫星位于围绕GEO地球站和GEO卫星之间的矢量的保护频带内的时段内，至少一个第二LEO卫星在视野范围内，并且在本地地平线上方一距离，并且从保护频带矢量内的第一LEO卫星接管与地球站的任何通信功能。
63.根据权利要求60所述的***，其中接收通信功能的至少一个第二LEO卫星在第一卫星在保护频带矢量处关闭其传输功能之前接管来自至少一个第一卫星的通信功能。
64.根据权利要求63所述的***，其中所述至少一个第一卫星当它在保护频段矢量内时通过关闭其发射波束的一个或多个子波束来停止发射。
65.根据权利要求62所述的***，其中在前向波束通过视轴矢量之后，第一卫星的后向波束投影可以与地球站通信。
66.根据权利要求26所述的***，其中轨道的卫星星座平面有四个象限，每个象限对应轨道所经过的地球象限；其中卫星通过在卫星在象限中移动通过其轨道时改变投影的角度来控制前向投射波束的前向波束角度；其中在其轨道的下一象限中卫星星座的卫星的后向波束被投射以镜像前一象限中由卫星投射的前向波束。
67.根据权利要求66所述的***，其中所述后向投影镜像在卫星穿过象限时提供卫星后面的最大覆盖区域。
68.根据权利要求24所述的***，其中由卫星星座的LEO卫星发射的波束的方向与GEO卫星向同一地球站发射的方向相反。
69.根据权利要求24所述的***，其中当发射卫星必须停止向位于地球上一点的地球站发射以避开地球站GEO天线的视轴矢量时，LEO卫星星座的另一个卫星接管发射卫星的发射。
70.根据权利要求24所述的***，包括多个地球站，其配置为从LEO卫星接收传输并向LEO卫星发送传输，其中多个地球站中的至少一些具有全向天线。
71.根据权利要求24所述的***，包括多个地球站，其配置为从LEO卫星接收传输并向LEO卫星发送传输，其中多个地球站中的至少一些具有定向天线。
72.根据权利要求71所述的***，其中所述定向天线相对于卫星星座的轨道平面是向北或向南定向。
73.根据权利要求72所述的***，其中所述向北或向南定向的天线可以指向仰角和方位角。
74.根据权利要求24所述的***，其中所述卫星使用同一地区的GEO通信卫星也采用的频谱运行。
75.根据权利要求24所述的***，其中卫星星座的卫星布置在围绕地球的轨道平面中，以便为地球上的点并在所有时刻提供覆盖，以便进行通信。
76.根据权利要求75所述的***，其中卫星星座的卫星以规则的角度纵向间隔定位在多个轨道平面中。
77.根据权利要求61所述的***，其中在轨道平面上提供的卫星数量由轨道上卫星之间的距离决定，卫星在高度为h且至少以角度α高出地平线，并且以角度γ围绕在GEO地球站和GEO之间的矢量保持保护频带角度β。
78.根据权利要求24所述的***，其中每个卫星具有多个天线。
79.根据权利要求78所述的***，其中每个卫星多个天线包括用于与地球站的上行/下行链路的天线和用于与其他卫星交叉链路的天线。
80.根据权利要求79所述的***，其中所述上行/下行链路包括螺旋天线，并且其中所述交叉链路天线包括透镜。
81.根据权利要求24所述的***，其中卫星的数量是卫星的最小数量，其中卫星之间的距离是卫星之间的最大距离。
82.根据权利要求24所述的***，进一步包括具有至少一个定向天线的多个地球站，其中定向天线的最高增益对于位于南半球的地球站指向为南或在南向，并且其中定向天线的最高增益对于位于北半球的地球站指向为北或在北向。
83.根据权利要求82所述的***，其中定向地球站天线指向其最大天线增益，使其远离地球同步地球轨道(GEO)卫星的方向并朝向LEO卫星的方向。
84.一种通过具有低地球轨道(LEO)卫星的卫星通信***实现通信的方法，所述卫星提供对地球同步地球轨道(GEO)通信卫星重用频率的重用，所述方法包括：
a)在围绕地球的多个轨道平面中布置多个LEO卫星；其中每个卫星包括用于发射具有频率的无线电频率(RF)传输的设备，以便由位于地球上的地球站接收；
b)提供控制卫星RF传输的控制机构；
c)从LEO卫星向地球站发射传输；
d)控制卫星传输关闭其通信链路，以避免沿指向GEO卫星的天线的视轴向下传输；以及
e)其中从LEO卫星向地球站发射传输是使用在同一区域内通信的GEO通信卫星也采用的频谱进行的。
85.根据权利要求84所述的方法，其中控制卫星传输包括用控制机构控制卫星的一个或多个天线的操作，以在前向方向上产生以前向波束角度投射的发射波束，并在后向方向上产生以向后波束角度投射的发射波束。
86.根据权利要求85所述的方法，其中控制波束角度包括以前向波束角度ψ在前向方向上投射发射波束，并且其中对于卫星轨道中的给定纬度位置，波束投射的前向波束角ψ由以下表达式确定：
Figure FDA0002487967330000091
其中rE代表地球的半径，其中α代表地平线仰角，其中rL代表卫星轨道的半径。
87.根据权利要求85所述的方法，其中控制波束角度包括以后向波束角度λ在后向方向上投射发射波束，其中对于卫星轨道中的给定纬度位置，波束投射的后向波束角度λ由以下表达式确定：
Figure FDA0002487967330000092
其中rE代表地球的半径，其中rL代表卫星轨道的半径，其中γ代表地平线与GEO地球站指向地球同步卫星的地球上某一点的位置处的矢量之间的锐角，其中β代表围绕GEO地球站与其指向的GEO卫星之间的矢量的GEO保护频带角度，与地平线成γ角，以及其中rL代表卫星轨道的半径。
88.根据权利要求85所述的方法，其中控制波束角度包括以前向波束角度ψ在前向方向上投射发射波束，以及其中对于卫星轨道中的给定纬度位置，波束投射的前向波束角度ψ由以下表达式确定：
Figure FDA0002487967330000101
其中rE代表地球的半径，其中α代表地平线仰角，以及其中rL代表卫星轨道的半径；以及
其中控制波束角度包括以后向波束角度λ在后向方向上投射发射波束，以及其中对于卫星轨道中的给定纬度位置，波束投射的后向波束角度λ由以下表达式确定：
Figure FDA0002487967330000102
其中rE代表地球的半径，其中rL代表卫星轨道的半径，其中γ代表地平线与GEO地球站指向地球同步卫星的地球上某一点的位置处的矢量之间的锐角，其中β代表围绕GEO地球站与其指向的GEO卫星之间的矢量的GEO保护频带角度，与地平线成γ角，以及其中rL代表卫星轨道的半径。
89.一种低地球轨道(LEO)卫星***，包括：
a)通信设备，所述通信设备包括用于发射具有频率的无线电频率(RF)传输的设备，以便由位于地球上的地球站接收，以及用于与其他卫星通信的通信设备；
b)包括处理组件和计算机可读的存储介质的控制机构，所述计算机可读的存储介质具有用于控制从LEO卫星到地球站的RF传输的指令；
c)用于发射RF传输的发射器；
d)至少一个天线，用于投射来自LEO卫星的RF传输；
e)其中所述控制机构控制卫星传输关闭其通信链路，以避免沿指向GEO卫星的天线的视轴向下传输；以及
f)其中从LEO卫星到地球站的RF传输是使用在同一区域内通信的GEO通信卫星也使用的频谱进行的。
90.根据权利要求89所述的***，其中控制机构控制卫星的一个或多个天线的操作，以产生以前向波束角度投射的前向方向上的发射波束，并产生以后向波束角度投射的后向方向上的发射波束。
91.根据权利要求90所述的***，其中控制机构控制波束角度以在前向方向上以前向波束角度ψ投射发射波束，并且其中对于卫星轨道中的给定纬度位置，前向波束角度ψ由以下表达式确定：
Figure FDA0002487967330000103
其中rE代表地球的半径，其中α代表地平线仰角，以及其中rL代表卫星轨道的半径。
92.根据权利要求90所述的***，其中控制机构控制波束角度以在后向方向上以后向波束角度λ投射发射波束，并且其中对于卫星轨道中的给定纬度位置，后向波束角度λ由以下表达式确定：
Figure FDA0002487967330000111
其中rE代表地球的半径，其中rL代表卫星轨道的半径，其中γ代表地平线与GEO地球站指向地球同步卫星的地球上某一点的位置处的矢量之间的锐角，其中β代表围绕GEO地球站与其指向的GEO卫星之间的矢量的GEO保护频带角度，与地平线成γ角，以及其中rL代表卫星轨道的半径。
93.根据权利要求90所述的***，其中控制机构控制波束角度以在前向方向上以前向波束角度ψ投射发射波束，并且其中对于卫星轨道中的给定纬度位置，前向波束角度ψ由以下表达式确定：
Figure FDA0002487967330000112
其中rE代表地球的半径，其中α代表地平线仰角，以及其中rL代表卫星轨道的半径；以及
其中控制机构控制波束角度以在后向方向上以后向波束角度λ投射发射波束，并且其中对于卫星轨道中的给定纬度位置，后向波束角度λ由以下表达式确定：
Figure FDA0002487967330000113
其中rE代表地球的半径，其中rL代表卫星轨道的半径，其中γ代表地平线与GEO地球站指向地球同步卫星的地球上某一点的位置处的矢量之间的锐角，其中β代表围绕GEO地球站与其指向的GEO卫星之间的矢量的GEO保护频带角度，与地平线成γ角，以及其中rL代表卫星轨道的半径。
CN201780041978.4A 2016-05-03 2017-05-03 低地球轨道卫星星座***及其使用方法 Active CN109417827B (zh)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201662331245P 2016-05-03 2016-05-03
US62/331,245 2016-05-03
PCT/US2017/030847 WO2017192727A1 (en) 2016-05-03 2017-05-03 Low earth orbit satellite constellation system for communications with re-use of geostationary satellite spectrum

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN109417827A CN109417827A (zh) 2019-03-01
CN109417827B true CN109417827B (zh) 2020-08-14

Family

ID=60203348

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201780041978.4A Active CN109417827B (zh) 2016-05-03 2017-05-03 低地球轨道卫星星座***及其使用方法

Country Status (23)

Country Link
US (1) US10348396B2 (zh)
EP (1) EP3453223B1 (zh)
JP (1) JP6896982B2 (zh)
KR (1) KR102165365B1 (zh)
CN (1) CN109417827B (zh)
AU (2) AU2017260347B2 (zh)
BR (1) BR112018072637B1 (zh)
CA (1) CA3022513A1 (zh)
CY (1) CY1125180T1 (zh)
DK (1) DK3453223T3 (zh)
ES (1) ES2903276T3 (zh)
HR (1) HRP20220009T1 (zh)
HU (1) HUE057077T2 (zh)
IL (1) IL262694B (zh)
LT (1) LT3453223T (zh)
MX (1) MX2018013489A (zh)
PL (1) PL3453223T3 (zh)
PT (1) PT3453223T (zh)
RS (1) RS62774B1 (zh)
RU (1) RU2730169C2 (zh)
SG (1) SG11201809489WA (zh)
SI (1) SI3453223T1 (zh)
WO (1) WO2017192727A1 (zh)

Families Citing this family (32)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US10581515B2 (en) * 2016-08-21 2020-03-03 Nsl Comm Ltd Method for calibrating and commissioning communication satellites using LEO satellites
FR3057572A1 (fr) 2016-10-19 2018-04-20 Arkema France Utilisation d'un polyamide semi-aromatique dans un melange de polyamide aliphatique comprenant des fibres de verre a section circulaire pour limiter le gauchissement
US11075690B2 (en) * 2017-10-20 2021-07-27 Mitsubishi Electric Corporation Communication device and communication method
US11063661B2 (en) * 2018-06-06 2021-07-13 Kymeta Corporation Beam splitting hand off systems architecture
US10903900B2 (en) * 2018-07-26 2021-01-26 Gilat Satellite Networks Ltd. Non-geosynchronous orbit satellite constellations
US11742936B2 (en) * 2018-12-27 2023-08-29 Infostellar Inc. Information processing device, information processing method, and program
CN110034817B (zh) * 2019-04-29 2020-06-19 北京邮电大学 基于软件定义网络的低轨道卫星网络路由方法及装置
CN110011725B (zh) * 2019-05-07 2020-10-23 中国人民解放军32039部队 中继卫星跟踪方法及装置
US10637562B1 (en) * 2019-05-15 2020-04-28 Lockheed Martin Corporation Geosynchronous broadcast of data to low-earth orbit
CN110224741A (zh) * 2019-06-06 2019-09-10 航天科工空间工程发展有限公司 Ngso卫星星座与gso卫星通信***频谱共存方法
CN110212971B (zh) * 2019-06-17 2020-06-02 航天科工空间工程发展有限公司 低轨星座***对地球静止轨道卫星***频率干扰获取方法
CN110417453B (zh) * 2019-07-12 2021-12-07 中国空间技术研究院 波束常值偏置可共享无线电频谱方法及低轨通信卫星***
CN110838866B (zh) * 2019-10-09 2022-03-04 中国空间技术研究院 一种ngso卫星***与gso卫星***同频共用的方法
CN110838867B (zh) * 2019-10-23 2022-02-01 西安空间无线电技术研究所 一种中低轨卫星星座及其波束设计方法
KR102134894B1 (ko) * 2020-01-10 2020-07-20 국방과학연구소 축소 모델링 장치 및 그 동작 방법
US11012147B1 (en) * 2020-01-16 2021-05-18 M2SL Corporation Multi-mode communication adapter system with smartphone protector mechanism and method of operation thereof
RU2744941C1 (ru) * 2020-01-17 2021-03-17 Федеральное государственное автономное учреждение "Военный инновационный технополис "ЭРА" Система оптической связи
CN111585635B (zh) * 2020-04-17 2021-09-10 中国人民解放军国防科技大学 一种基于空频混合多址方式的卫星互联网***设计方法
CN112230219B (zh) * 2020-08-31 2022-11-04 西安电子科技大学 基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法
US20220095303A1 (en) * 2020-09-18 2022-03-24 EOS Defense Systems USA, Inc. Satellite system for allocating portions of a frequency band
CN112468207B (zh) * 2020-10-21 2021-11-05 北京大学 一种多层低地球轨道卫星星座部署方法及***
US11800422B2 (en) * 2021-01-12 2023-10-24 Cisco Technology, Inc. Optimization of communications in a low earth orbit (LEO) satellite network
CN112758359A (zh) * 2021-01-20 2021-05-07 北京国电高科科技有限公司 一种偏置动量卫星的区域覆盖控制方法
CN113014306A (zh) * 2021-02-23 2021-06-22 哈尔滨工业大学 基于干扰控制的ngeo和geo卫星频谱共享方法
CN112968729B (zh) * 2021-02-26 2022-09-27 中国空间技术研究院 一种可降低频率干扰的方法及通信卫星***
CN112803989B (zh) * 2021-03-09 2021-06-29 北京航空航天大学 低轨卫星网络的内接多边形均匀覆盖地理分区方法和装置
CN114826370A (zh) * 2022-03-16 2022-07-29 军事科学院***工程研究院***总体研究所 一种gso卫星的轨位选取方法
CN115052359B (zh) * 2022-06-20 2023-04-07 中国人民解放军32039部队 一种数据传输方法、装置、电子设备和存储介质
KR102467511B1 (ko) * 2022-06-24 2022-11-16 (주)아이옵스 저궤도위성 운용 시스템 및 그 방법
CN115173978B (zh) * 2022-06-30 2024-04-26 中国电子科技集团公司第五十四研究所 一种小倾角geo多波束卫星地面移动标校策略模拟装置
CN115604851B (zh) * 2022-08-29 2024-03-15 中国空间技术研究院 一种基于固定截距的大规模卫星星座频率干扰规避方法
CN116760456B (zh) * 2023-08-14 2023-10-31 上海航天空间技术有限公司 用于遥感监测小面积山火的卫星数据实时传输方法及***

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2000041340A1 (en) * 1999-01-07 2000-07-13 Hughes Electronics Corporation Method and apparatus for providing wideband services using medium and low earth orbit satellites
US6175340B1 (en) * 1998-05-04 2001-01-16 Motorola, Inc. Hybrid geostationary and low earth orbit satellite ground station antenna
US6236834B1 (en) * 1993-12-15 2001-05-22 International Mobile Satellite Organization Method and apparatus for limiting interference between satellite systems
US6556828B1 (en) * 1999-08-31 2003-04-29 Loral Spacecom Corp. Network architectures for LEO/GEO satellite-based communications systems
US6940452B2 (en) * 2003-09-29 2005-09-06 Northrop Grumman Corporation Reducing co-channel interference in satellite communications systems by antenna re-pointing
CN103026640A (zh) * 2010-05-07 2013-04-03 国家宇宙研究中心 高容量混合陆地/卫星蜂窝无线电通信***

Family Cites Families (42)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
IL91529A0 (en) * 1988-10-28 1990-04-29 Motorola Inc Satellite cellular telephone and data communication system
US5439190A (en) * 1991-04-22 1995-08-08 Trw Inc. Medium-earth-altitude satellite-based cellular telecommunications
US5367304A (en) * 1992-07-06 1994-11-22 Motorola, Inc. Communication system employing spectrum reuse on a spherical surface
US5604920A (en) * 1993-04-21 1997-02-18 Motorola, Inc. Satellite cellular telephone and data communication system
US5566354A (en) * 1994-09-26 1996-10-15 Sehloemer; Jerry R. System and method for channel assignment in a satellite telephone system
US5930679A (en) * 1994-10-03 1999-07-27 Motorola, Inc. Satellite-based ring alert apparatus and method of use
US5552920A (en) * 1995-06-07 1996-09-03 Glynn; Thomas W. Optically crosslinked communication system (OCCS)
US6019318A (en) * 1997-06-16 2000-02-01 Hugehs Electronics Corporation Coordinatable system of inclined geosynchronous satellite orbits
US20020150060A1 (en) * 1998-09-01 2002-10-17 Marie-Jose Montpetit Asymmetric formatting system and method for low-earth-orbit satellite data communication
US6195037B1 (en) * 1999-06-01 2001-02-27 Motorola, Inc. Method and apparatus for increased system capacity using antenna beamforming
US7184761B1 (en) * 2000-03-27 2007-02-27 The Directv Group, Inc. Satellite communications system
IL151951A0 (en) * 2000-03-29 2003-04-10 Astrovision International Inc Direct broadcast imaging satellite system, apparatus and method for providing real-time, continuous monitoring of earth from geostationary earth orbit and related services
US7200360B1 (en) * 2000-06-15 2007-04-03 The Directv Group, Inc. Communication system as a secondary platform with frequency reuse
US7369847B1 (en) * 2000-09-14 2008-05-06 The Directv Group, Inc. Fixed cell communication system with reduced interference
US6701126B1 (en) * 2000-11-13 2004-03-02 Space Resource International Ltd. System and method for implementing a constellation of non-geostationary satellites that does not interfere with the geostationary satellite ring
US6714521B2 (en) * 2000-12-29 2004-03-30 Space Resources International Ltd. System and method for implementing a constellation of non-geostationary satellites that provides simplified satellite tracking
US8442519B2 (en) * 2003-12-07 2013-05-14 Gogo Llc Spectrum sharing between an aircraft-based air-to-ground communication system and existing geostationary satellite services
WO2005109682A2 (en) * 2003-12-29 2005-11-17 Peersat Llc Inter-satellite crosslink communications system, apparatus, method and computer program product
US7624948B2 (en) * 2004-12-07 2009-12-01 Lockheed Martin Corporation Optimized land mobile satellite configuration and steering method
US7669803B2 (en) * 2004-12-07 2010-03-02 Lockheed Martin Corporation Optimized land mobile satellite system for north american coverage
US7620394B2 (en) * 2005-02-22 2009-11-17 Atc Technologies, Llc Reusing frequencies of a fixed and/or mobile communications system
US8107875B2 (en) * 2006-09-26 2012-01-31 Viasat, Inc. Placement of gateways near service beams
EP2074769A2 (en) * 2006-10-06 2009-07-01 ViaSat, Inc. Dynamic feedback for outbound link rate adjustment in multi-rate downstream
EP2206256B1 (en) * 2007-10-09 2018-06-13 ViaSat, Inc. Non-interfering utilization of non-geostationary satellite frequency band for geostationary satellite communication
US20110169688A1 (en) * 2007-10-18 2011-07-14 Gregory Thane Wyler Apparatus and methods for satelite communication
US8193975B2 (en) * 2008-11-12 2012-06-05 Atc Technologies Iterative antenna beam forming systems/methods
US20110032143A1 (en) * 2009-08-05 2011-02-10 Yulan Sun Fixed User Terminal for Inclined Orbit Satellite Operation
WO2011038378A1 (en) * 2009-09-28 2011-03-31 Atc Technologies, Llc Systems and methods for adaptive interference cancellation beamforming
FR2954635B1 (fr) * 2009-12-17 2016-03-11 Astrium Sas Systeme spatial hybride base sur une constellation de satellites en orbite basse agissant comme repeteurs spatiaux pour ameliorer l'emission et la reception de signaux geostationnaires
US10511379B2 (en) * 2010-05-02 2019-12-17 Viasat, Inc. Flexible beamforming for satellite communications
FR2976750B1 (fr) * 2011-06-16 2013-07-19 Astrium Sas Charge utile de satellite repeteur, systeme et procede de telecommunications par satellite.
FR2976749B1 (fr) * 2011-06-16 2013-06-28 Astrium Sas Dispositif et procede d'optimisation de la couverture au sol d'un systeme spatial hybride.
US10110463B2 (en) * 2012-09-11 2018-10-23 Higher Ground Llc Personal communications device for multiple communications systems
US20140113681A1 (en) * 2012-10-18 2014-04-24 Robert S. Reis Personal communications device with cross router
EP2735883A1 (en) * 2012-11-27 2014-05-28 Eutelsat S.A. Method of geo localization of a terminal sending a single signal to a satellite
RU2530223C1 (ru) * 2013-03-12 2014-10-10 Арий Борисович Ляско Способ преобразования в открытом пространстве двух направленных в одну сторону линейно поляризованных моногармоничных потоков электромагнитных волн в направленный поток волн де бройля
EP3175647B1 (en) * 2014-08-03 2018-12-12 Hughes Network Systems, LLC Centralized ground-based route determination and traffic engineering for software defined satellite communications networks
US9859927B2 (en) * 2014-11-24 2018-01-02 Worldvu Satellites Limited Communication-satellite system that causes reduced interference
EP3048745A1 (en) * 2015-01-20 2016-07-27 Airbus Defence and Space Limited Space network node receiving data from terrestrial and space nodes.
US9730227B2 (en) * 2015-03-20 2017-08-08 Qualcomm Incorporated Dynamic frequency allocation of satellite beams
US10084531B2 (en) * 2015-08-31 2018-09-25 The Boeing Company System and method for allocating resources within a communication network
US9942082B2 (en) * 2015-09-23 2018-04-10 Hughes Network Systems, Llc Modulation and coding for a high altitude platform

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US6236834B1 (en) * 1993-12-15 2001-05-22 International Mobile Satellite Organization Method and apparatus for limiting interference between satellite systems
US6175340B1 (en) * 1998-05-04 2001-01-16 Motorola, Inc. Hybrid geostationary and low earth orbit satellite ground station antenna
WO2000041340A1 (en) * 1999-01-07 2000-07-13 Hughes Electronics Corporation Method and apparatus for providing wideband services using medium and low earth orbit satellites
US6556828B1 (en) * 1999-08-31 2003-04-29 Loral Spacecom Corp. Network architectures for LEO/GEO satellite-based communications systems
US6940452B2 (en) * 2003-09-29 2005-09-06 Northrop Grumman Corporation Reducing co-channel interference in satellite communications systems by antenna re-pointing
CN103026640A (zh) * 2010-05-07 2013-04-03 国家宇宙研究中心 高容量混合陆地/卫星蜂窝无线电通信***

Also Published As

Publication number Publication date
RS62774B1 (sr) 2022-01-31
CY1125180T1 (el) 2023-06-09
RU2730169C2 (ru) 2020-08-19
BR112018072637A2 (pt) 2019-02-26
RU2018140570A (ru) 2020-06-03
SG11201809489WA (en) 2018-11-29
US10348396B2 (en) 2019-07-09
HUE057077T2 (hu) 2022-04-28
AU2017260347B2 (en) 2021-10-21
DK3453223T3 (da) 2022-01-10
RU2018140570A3 (zh) 2020-06-17
CN109417827A (zh) 2019-03-01
MX2018013489A (es) 2019-10-30
EP3453223A1 (en) 2019-03-13
US20180343055A1 (en) 2018-11-29
EP3453223B1 (en) 2021-10-06
CA3022513A1 (en) 2017-11-09
ES2903276T3 (es) 2022-03-31
SI3453223T1 (sl) 2022-02-28
AU2022200377B2 (en) 2024-01-25
PT3453223T (pt) 2021-12-29
AU2022200377A1 (en) 2022-02-24
LT3453223T (lt) 2022-01-10
WO2017192727A1 (en) 2017-11-09
EP3453223A4 (en) 2019-12-18
JP2019520729A (ja) 2019-07-18
PL3453223T3 (pl) 2022-02-28
KR102165365B1 (ko) 2020-10-15
JP6896982B2 (ja) 2021-06-30
IL262694A (en) 2018-12-31
BR112018072637B1 (pt) 2021-06-01
AU2017260347A1 (en) 2018-12-13
IL262694B (en) 2021-04-29
HRP20220009T1 (hr) 2022-04-01
KR20190002672A (ko) 2019-01-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN109417827B (zh) 低地球轨道卫星星座***及其使用方法
US11838097B2 (en) Low latency satellite communication relay network
CA2968639C (en) Communication-satellite system that causes reduced interference
US6714521B2 (en) System and method for implementing a constellation of non-geostationary satellites that provides simplified satellite tracking
US6236834B1 (en) Method and apparatus for limiting interference between satellite systems
JP2019514295A (ja) ２重ｌｅｏ衛星システム及びグローバルカバレッジのための方法
US6701126B1 (en) System and method for implementing a constellation of non-geostationary satellites that does not interfere with the geostationary satellite ring
US5822680A (en) Frequency sharing for satellite communication system
US6430393B1 (en) Satellite communication system using linear cell tracking
US20150158602A1 (en) Inclined orbit satellite systems
US20140128059A1 (en) Device and method for optimizing the ground coverage of a hybrid space system
US11735818B2 (en) One-dimensional phased array antenna and methods of steering same
EP3309902B1 (en) System and method for wireless communications using an adaptable diamond phased array antenna system
EP0836290A2 (en) Satellite communication method using satellites on substantially circular orbit, inclined to the equatorial plane with period matching the earth period
US20240171265A1 (en) Systems and methods for extending satellite coverage
Xu Distributed Beamforming Design for LEO Satellite-to-Phone Communications Enhancement
RU2660958C2 (ru) Системы спутников на наклонных орбитах
CN117999745A (zh) 用于电子可操纵天线初始定位的***和方法
JP2000174686A (ja) 高高度無線局のビーム配置方法及び高高度無線局

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant