Configuration reconstruction elastic mechanics method for repairing a faulted Walker constellation performance

Walker constellation is the most effective constellation for global coverage and is often used for earth observation, navigation and internet communication. A scenario that several faulted satellites in a Walker constellation lead to its performance degradation can be quickly repaired to a certain extent by reconstructing the on-orbit satellite configuration. Different from the classical strategies such as adjusting the phase of the adjacent satellites, uniform the on-satellites' phase and adjusting the plane of the adjacent satellites, this paper proposes a bionic reconstruction method which uses the elastic mechanics method of thin film plate to generate the satellite maneuver strategy in the constellation reconstruction process, minimizes the performance degradation between the repaired configuration and the previous configuration. Thus, the maneuver strategy of each satellite can be calculated in reversely. The simulation example shows that the maneuver strategy by the bionic reconstruction method is more harmonious and natural than the classical strategies.

TỐI ƯU CẤU TRÚC QUỸ ĐẠO HỆ THỐNG VỆ TINH GIÁM SÁT LIÊN TỤC KHOẢNG KHÔNG GIAN VŨ TRỤ GẦN TRÁI ĐẤT

Bài báo đề xuất một cách tiếp cận mới: giám sát liên tục khoảng không gian vũ trụ dạng lớp cầu đồng tâm với Trái đất dựa trên việc xây dựng hệ thống vệ tinh hai tầng quỹ đạo có hướng giám sát ngược nhau, trong đó, mỗi tầng vệ tinh là một hệ thống con độc lập theo mô hình Delta của J.G. Walker (Walker constellation). Mô hình hóa và phân tích bài toán tối ưu cấu trúc quỹ đạo hệ thống vệ tinh hai tầng theo tiêu chí tổng vận tốc đặc trưng hệ thống là nhỏ nhất thành các bài toán dạng truyền thống dễ giải quyết hơn (tối ưu cấu trúc quỹ đạo hệ thống vệ tinh một tầng theo tiêu chí tổng số vệ tinh trong hệ thống là nhỏ nhất). Bài báo cũng trình bày cụ thể phương pháp giải các bài toán này. Dựa trên kết quả tính toán thành lập catalog các phương án cấu trúc quỹ đạo tối ưu của hệ thống vệ tinh hai tầng đưa ra các phân tích, đánh giá, so sánh kết quả đạt được với cấu trúc hệ thống vệ tinh một tầng truyền thống.

Optimal Walker Constellation Design of LEO-Based Global Navigation and Augmentation System

Low Earth orbit (LEO) satellites located at altitudes of 500 km~1500 km can carry much stronger signals and move faster than medium Earth orbit (MEO) satellites at about a 20,000 km altitude. Taking advantage of these features, LEO satellites promise to make contributions to navigation and positioning where global navigation satellite system (GNSS) signals are blocked as well as the rapid convergence of precise point positioning (PPP). In this paper, LEO-based optimal global navigation and augmentation constellations are designed by a non-dominated sorting genetic algorithm III (NSGA-III) and genetic algorithm (GA), respectively. Additionally, a LEO augmentation constellation with GNSS satellites included is designed using the NSGA-III. For global navigation constellations, the results demonstrate that the optimal constellations with a near-polar Walker configuration need 264, 240, 210, 210, 200, 190 and 180 satellites with altitudes of 900, 1000, 1100, 1200, 1300, 1400 and 1500 km, respectively. For global augmentation constellations at an altitude of 900 km, for instance, 72, 91, and 108 satellites are required in order to achieve a global average of four, five and six visible satellites for an elevation angle above 7 degrees with one Walker constellation. To achieve a more even coverage, a hybrid constellation with two Walker constellations is also presented. On this basis, the GDOPs (geometric dilution of precision) of the GNSS with and without an LEO constellation are compared. In addition, we prove that the computation efficiency of the constellation design can be considerably improved by using master–slave parallel computing.