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系統識別號 U0002-2707201012141300
DOI 10.6846/TKU.2010.01389
論文名稱(中文) 非對稱型即時通訊衛星星系設計
論文名稱(英文) Asymmetric Microsatellite Constellation Design for Communication
第三語言論文名稱
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中文) 機械與機電工程學系碩士班
系所名稱(英文) Department of Mechanical and Electro-Mechanical Engineering
外國學位學校名稱
外國學位學院名稱
外國學位研究所名稱
學年度 98
學期 2
出版年 99
研究生(中文) 陳祉佑
研究生(英文) Chih-You Chen
學號 697370426
學位類別 碩士
語言別 繁體中文
第二語言別
口試日期 2010-07-02
論文頁數 68頁
口試委員 指導教授 - 洪祖昌(zchong@mail.tku.edu.tw)
委員 - 陳正興
委員 - 吳宗達
委員 - 林煥榮
委員 - 林宗憲
關鍵字(中) 覆蓋
傾角
軌道
Walker星系
關鍵字(英) coverage
inclination
orbit
Walker constellation
第三語言關鍵字
學科別分類
中文摘要
本文以設計即時通訊星系為主要研究重點,探討內容是以台灣為中心,半徑2,000 km之覆蓋範圍,利用衛星軌道高度800 km、1,500 km及非對稱型800 km加1,500 km的組合,討論軌道傾角35° 之覆蓋情形,利用Walker星系進行設計,以最少衛星顆數達到任務目標,即覆蓋之時間間隙為零。
模擬的結果發現,當軌道高度為800 km時,最少需要34顆衛星才能滿足任務目標;而當軌道高度為1,500 km時,最少需要18顆衛星才能達到任務目標;若使用非對稱型星系組合,則可使用衛星總數27、32、35或39顆,四種高低組合星系來滿足任務需求,求得在固定軌道傾角條件下的最佳化結果。最後討論含有覆蓋間隙之星系,可應用的情形,及本星系可應用範圍之延伸。
英文摘要
The main purpose of this thesis focus on design of Microsatellite Constellation Communication, use the range of tasks to Taiwan as the center of the coverage radius of 2,000 km, adopt the circular orbit of 800 km, 1,500 km and asymmetric circular orbit combination 800 km and 1,500 km with the inclination 35° , to simulate the Walker Constellation, in order to achieve the minimum number of satellites for the purpose, to achieve mission objectives that coverage gap is zero.
The calculated result shows that in the circular orbit of 800 km at less need 34 satellites, the circular orbit of 1,500 km at less need 18 satellites, then use the asymmetric circular orbit constellation can select 27, 32, 35 and 39 satellites to achieve mission objectives. Obtain the optimization constellations in fix orbit inclination. Finally, discuss contain coverage gaps of the constellation can be used situation and extension the scope of this thesis design constellations.
第三語言摘要
論文目次
目錄
目錄	I
表目錄	III
圖目錄	V
符號說明	VII
第一章	序論	1
§ 1-1 前言	1
§ 1-2 研究動機與目的	7
第二章	衛星軌道特性與參數	8
§ 2-1 衛星運動基本定律	8
§ 2-2 克普勒運動定律	9
§ 2-3 軌道六元素(Six Orbital Elements)	10
§ 2-4 衛星軌道分類	12
§ 2-5 軌道攝動(Orbit Perturbations)	16
§ 2-5-1 升交點的退行(Regression of Nodes)	16
§ 2-5-2 近地點的旋轉(Rotation of Apsides)	19
§ 2-6 地面追蹤	21
§ 2-6-1 升交點退行	23
§ 2-6-2 符號校正(Sign of Adjustments)	23
第三章	衛星星系之分析	25
§ 3-1 星系任務規劃原則	25
§ 3-2 衛星星系參數	26
§ 3-3 衛星星系覆蓋類型	27
§3-3-1 時間覆蓋	27
§3-3-2 空間覆蓋	28
§ 3-4 Walker星系設計方法	30
第四章	衛星任務與星系設計	32
§ 4-1 任務目標	32
§ 4-1-1 硬體需求	32
§ 4-1-2 軌道需求	33
§ 4-1-3 覆蓋需求	34
§ 4-1-4 通訊需求	35
§ 4-2 星系設計	37
§ 4-2-1 800 km 模擬結果	38
§ 4-2-2 1,500 km 模擬結果	50
§ 4-2-3 非對稱型模擬結果	58
第五章	結論	61
參考文獻	65

表目錄
表2-1衛星軌道與能量關係	15
表2-2衛星軌道與離心率關係	15
表2-3 傾角與軌道類型	16
表2-4太陽系星體Zonal係數	17
表3-1設計衛星星系的參數及選取策略	26
表4-1衛星依重量分類	32
表4-2不同軌道之特性與應用	33
表4-3通訊系統頻段	36
表4-4衛星總數35、軌道高度800 km、軌道傾角35°模擬結果	38
表4-5衛星總數34、軌道高度800 km、軌道傾角35°模擬結果	40
表4-6衛星總數33、軌道高度800 km、軌道傾角35°模擬結果	44
表4-7衛星總數32、軌道高度800 km、軌道傾角35°模擬結果	45
表4-8衛星總數31、軌道高度800 km、軌道傾角35°模擬結果	46
表4-9衛星總數30、軌道高度800 km、軌道傾角35°模擬結果	47
表4-10衛星總數29、軌道高度800 km、軌道傾角35°模擬結果	48
表4-11衛星總數28、軌道高度800 km、軌道傾角35°模擬結果	49
表4-12衛星總數19、軌道高度1,500 km、軌道傾角35°模擬結果50
表4-13衛星總數18、軌道高度1,500 km、軌道傾角35°模擬結果51
表4-14衛星總數17、軌道高度1,500 km、軌道傾角35°模擬結果53
表4-15衛星總數16、軌道高度1,500 km、軌道傾角35°模擬結果54
表4-16衛星總數15、軌道高度1,500 km、軌道傾角35°模擬結果55
表4-17衛星總數14、軌道高度1,500 km、軌道傾角35°模擬結果55
表4-18衛星總數13、軌道高度1,500 km、軌道傾角35°模擬結果56
表4-19衛星總數12、軌道高度1,500 km、軌道傾角35°模擬結果56
表4-20衛星總數11、軌道高度1,500 km、軌道傾角35°模擬結果57
表4-21衛星總數10、軌道高度1,500 km、軌道傾角35°模擬結果57
表4-22非對稱型星系模擬結果	58
表5-1軌道高度800 km最大間隙分析	63
表5-2軌道高度1,500 km最大間隙分析	63

圖目錄
圖2-1二體運動	9
圖2-2典型的軌道六元素	10
圖2-3衛星軌道類型	13
圖2-4 衛星軌道與能量關係圖	14
圖2-5圓錐曲線圖	15
圖2-6升交點退行率與軌道關係圖	18
圖2-7近地點旋轉	20
圖2-8近地點旋轉與軌道關係圖	20
圖2-9衛星地面軌跡	21
圖2-10衛星升交點經度校正	24
圖4-1衛星高度與覆蓋關係圖	34
圖4-2任務範圍 半徑2,000 km	37
圖4-3衛星星系35/35/12	39
圖4-4衛星星系35/35/28	39
圖4-5衛星星系36/9/0	41
圖4-6衛星星系34/17/2	41
圖4-7衛星星系34/34/3	42
圖4-8衛星星系34/34/23	42
圖4-9衛星星系34/34/27	43
圖4-10衛星星系34/34/28	43
圖4-11衛星星系19/19/11	51
圖4-12衛星星系18/9/5	52
圖4-13衛星星系18/18/7	53
圖4-14衛星星系9/1/0 & 18/18/15	59
圖4-15衛星星系16/2/0 & 16/2/0	59
圖4-16衛星星系18/1/0 & 17/17/9	60
圖4-17衛星星系33/11/6 & 6/1/0	60
圖5-1軌道高度800 km最大間隙分析圖	61
圖5-2軌道高度1,500 km最大間隙分析圖	62
參考文獻
[1] Swenson, G.W. , “Looking back Sputnik ,” IEEE, Vol.16, 1, 10.1109/45.565615, 1997, pp.36-40.
[2] Http://www.fas.org/spp/military/program/com/score.htm, July 2010.
[3] William, W.V. and Dale, L.J. , “Meteorological satellites-the very early years, prior to launch of TIROS-1,” Bulletin of the American Meteorological Society, Vol.75, No.12, 1994, pp.2295-2302.
[4] A.C. Clarke, “Extra-Terrestrial Relays,” Wireless World, Vol.51, No.10, 1945, pp.305-308
[5] Walker, J.G., “Continuous whole-earth coverage by circular-orbit Satellite patterns,” Technical Report 77044, Royal Aircraft Establishment, 1977.
[6] Ballard, A.H., “Rosette Constellations of Earth Satellites,” IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, Vol.AES-16, NO.5, Sep.1980, pp.656-673.
[7] Adams, W.S., and Rider, L., “Circular polar constellations providing single or multiple coverage above a specified latitude,” The Journal of the Astronautical Sciences, 35, April 1987, pp.155-192.
[8] Hanson, J.M., and Higgins, W.B., “Designing good geosynchronous constellations,” The Journal of Astronauitcal Science, 38(2), 1990, pp.143-159.
[9] Todd A. Ely, William A. Crossley, and E. A. Williams. “Satellite constellation design for zonal coverage using genetic algorithms,” Spaceflight Mechanics, 1998, pp.443-460.
[10] Mortari, D., Wilkins, M.P., and Bruccoleri, C., “The Flower Constellations,” John L. Junkins Astrodynamics Symposium, AAS, College Station, TX, May 24 2003, pp.03-274.
[11] Smith, D., Hendrickson, R., “Mission control for the 48-satellite Globalstar constellation,” Journal of Engineering and Applied Science, Vol.2, 1995, pp.828-832.
[12] Kris Maine, Carrie Devieux, Pete Swan, “Overview of IRIDIUM satellite network,” Wescon Conference Record, 1995, pp.483-490.
[13] Yarbrough, P.G., “ORBCOMM constellation operations approach,” in Proceedings, MILCOM’95 Universal Communiations, San Diego, USA, Vol.2, 5-8, Nov.1995, pp.824-827.
[14] P.Fraise, B.Coulomb, and B.Monteuuis., “SkyBridge LEO Satellite: Optimized for Broadband Communications in the 21st Century,” In Proc. 2000 IEEE Aerospace Conference, Vol.1, March 2000, pp.241-251.
[15] 吳岸明,“微衛星星系之規劃與應用,”科儀新知, Vol.23 No.1, 2001, pp.15-21.
[16] Stefama Cornara.Theresa W.Beech, Miguel Bell6-Mora, “Satellite Constellation Mission Analysis and Design,” Acta Astronautwa Vol.48. No.5-12, 2001, pp.681-691.
[17] George Tyc, John Tulip, Daniel Schulten, ManfredKrischke, Michael Oxfort, “The RapidEye mission design,” Acta Astronautica Vol.56, 2005, pp.213-219.
[18] Curiel, da S.A., Boland, L., Cooksley, J., Bekhti, M., Stephens, P. and Sun, W., “First results from the disaster monitoring constellation (DMC),” Acta Astronautica, Vol.56, No.1-2, January 2005, pp.261-271.
[19] Rocken, C., Kuo, Y.H., Sokolovskiy, S., and Anthes, R.A., “The ROCSAT-3/COSMIC mission and applications of GPS radio occultation data to weather and climate, ”Proceedings of SPIE-The International Society for Optical Engineering, Remote Sensing Applications of the Global Positioning System, Vol.5661, 2004, pp.1-12.
[20] Erick Lansard, Eric Frayssinhes, Jean-Luc Palmade, “Global Design of Satellite Constellation:A Multi-Criteria Performance Comparison of Classical Walker Patterns and New Design Patterns,” Acta Astronautica Vol.42, No.9, 1998, pp.555-564.
[21] Polischuk, G.M., Kozlov, V.I., Ilitchov, V.V., Kozlov, A.G., Bartenev, V.A., Kossenko, V.E., Anphimov, N.A., Revnivykh, S.G., Mr.S.B. Pisarev, A.E. Tyulyakov, B.V.Shebshaevitch, A.B.Basevitch, Y.L.Vorokhovsky,“ THE GLOBAL NAVIGATION SATELLITE SYSTEM GLONASS-DEVELOPMENT AND USAGE IN THE 21ST CENTURY,” 34th Annual Precise Time and Time Interval (PTTI) Meeting, 2006.
[22] ALVARO MOZO-GARGIA, ESPERAKA HERRAIZ-MONSECO, ANA BELEN MARTIN-PEIRO, AND MIGUEL M.ROMAY-MERINO, “Galileo Constellation Design,” John Wiley & Sons, Inc. Vol.4, No.4, 2001, pp.9-15.
[23] He-Chin Chen, Yu-Sheng Huang, Kai-Wei Chiang, Ming Yang, and Ruey-Juin Rau, “THE PERFORMANCE COMPARISON BETWEEN GPS AND BeiDou-2/COMPASS: A PERSPECTIVE FROM ASIA,” Journal of the Chinese Institute of Engineers, Vol.32, No.5, 2009, pp.679-689.
[24] Lin, C.H. and Hong, Z.C., “Mission and constellation design for low-cost weather observation satellites,” Journal of Spacecraft and Rockets, Vol.42, No.1, 2005, pp.118-123.
[25] Lin, C.H., Hong, Z.C., Shieh C.J., “The Constellation Design of Weather Observation Mission for Gravity-Gradient Stabilized Microsatellites,” Journal of Mechanics, Vol.20, No.3, September 2004, pp.241-248.
[26] 張根榮,“衛星星系於氣象觀測之設計與研究,”國立中央大學機械工程研究所, 2002.
[27] 溫永全, 莊傑銘, 洪祖昌,“氣象與通訊微衛星星系設計與研究,”中國航太學會/民航學會聯合學術研討會 AASRC/CCAS Joint Conference, pp.A25-03 2-10, 2007.
[28] 張博鈞,“微衛星通訊星系設計,”淡江大學機械與機電工程學系論文, 2008.
[29] 莊傑銘, 簡才倫, 洪祖昌,“氣象觀測為衛星星系設計衛星連結應用,”中國航太學會/民航學會聯合學術研討會 AASRC/CCAS Joint Conference, 2008, pp.27-05 1-9.
[30] 簡才倫,“氣象觀測與通訊星系衛星連結應用分析,”淡江大學機械與機電工程學系論文, 2009.
[31] Jacoby, D.L., “Communication Satellites,” PROCEEDIGS OF THE IRE, April, 1959, pp.602-607.
[32] Wertz, J.R., Larson, W.J., “Space Mission Analysis and Design,” Kluwer Academic Publishers, Dordrecht, The Netherland, 1991.
[33] J.Teles,M.V.Samii and C.E.Doll, “Overview of TDRSS,” Advances in Space Research, Vol.16, No.12, 1995, pp.67-76.
[34] 楊嘉墀,“航天器軌道動力學與控制(上),”宇航出版社, 1995.
[35] Moshe B.L., Leonid S., Vola L., “EROS System-Satellite Orbit and constellation Design,” the 22nd Asian Conference on Remote Sensing, Singapore, Nov.2001.
[36]“科儀新知,”第23卷第1期, 行政院國家科學委員會精密儀器發展中心, 2001.
[37] Charles D.Brown, “Spacecraft Mission Design,” American Institude of Aeronautics, Inc.,370 L'Enfant Promenade, SW, Washington DC 20024-2518.
[38] 白光弘,“太空通訊科技原理,”台灣東華書局股份有限公司, 2005.
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