【摘 要】
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在近地轨道（Low Earth Orbit,LEO）上部署多颗卫星而组成的星座,作为一个协同工作的通信系统,具有覆盖范围广、地面依赖小、传播延迟低等优点,近年来引起了人们广泛关注。卫星数量和轨道参数的设计共同决定了LEO卫星星座系统的服务性能和投入成本。此外,由于卫星节点和通信链路的开放性以及空间环境的多变性,难以准确反映LEO卫星星座系统的实际性能状态,如可靠性、通信质量等。因此,本文主要针对L
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在近地轨道（Low Earth Orbit,LEO）上部署多颗卫星而组成的星座,作为一个协同工作的通信系统,具有覆盖范围广、地面依赖小、传播延迟低等优点,近年来引起了人们广泛关注。卫星数量和轨道参数的设计共同决定了LEO卫星星座系统的服务性能和投入成本。此外,由于卫星节点和通信链路的开放性以及空间环境的多变性,难以准确反映LEO卫星星座系统的实际性能状态,如可靠性、通信质量等。因此,本文主要针对LEO卫星星座系统中的星座设计与星座评估展开研究,主要内容包括:1.针对不同区域差异性的用户需求导致星座服务下的用户公平性难以保证的问题,提出了一种基于用户公平性的LEO卫星星座设计方案。首先,基于用户分布、通信市场规模和地理环境定义了用户密度、通信发展水平和自然灾害水平三个用户公平性因子,以对不同区域的用户公平性进行计算。然后,在考虑星座容量和星座盈利的基础上,将保证用户公平性作为约束条件,以覆盖率和星座投入成本为优化目标设计卫星星座。最后,将设计的LEO卫星星座与已建设的卫星星座在用户公平性和系统成本两方面进行了理论分析和仿真验证。仿真结果表明,所设计的LEO卫星星座在满足不同区域用户公平性的同时,星座投入成本较低。2.针对开放性的LEO卫星星座网络环境和恶劣的大气条件导致星座服务可靠性难以衡量的问题,提出了一种基于服务可靠性的LEO卫星星座评估方案。首先,基于Walker星座构型构建网络模型,并对卫星间干扰进行分析。然后,在考虑星间干扰和卫星故障的基础上,从覆盖可用性、隔离性、及时性三个方面建立了卫星星座服务可靠性评估指标体系,以对服务可靠性进行量化。最后,提出贪婪遗传算法（Greedy Genetic Algorithm,GGA）生成最优的服务可靠性评估结果。经仿真验证,所提出的LEO卫星星座服务可靠性评估方案可以准确反映星座服务的可靠性水平。
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