基于STK的战场通信覆盖分析与仿真

基于STK的战场通信覆盖分析与仿真

作者：陈淼 陈彬 郝运来

来源：《科学与信息化》2018年第18期

摘 要 远程远海战场通信覆盖信息传输问题一直以来是各军事大国关注的重点，本文利用小卫星覆盖范围广、灵活性好的优势，设计了一种战场区域通信覆盖方案。通过构建区域信息支援系统，利用小卫星组成的中椭圆轨道星座，对目标区域进行均匀覆盖。利用STK软件建立复杂仿真场景对该系统的覆盖性能、链路连接性能进行评估分析。该系统可以实现作战飞机与作战指挥中心之间、战区终端之间、战区终端与作战指挥中心之间的高连通率。 关键词 战场通信覆盖；STK；小卫星 前言

高度融合的信息化作战越来越受到各个军事强国的重视，自20世纪90年代以来，人们从美军新的战争手段中认识到强大信息战能力带来的一边倒优势，这极大地刺激了传统作战思想和各国的军事科技发展。美军在远程远海作战过程中有足够的、各种各样的通信、侦察、气象等卫星时刻在遥远的太空为其提供服务，据不完全统计，美国拥有多达400颗以上的卫星，占了太空中所有卫星总数的二分之一[1]。本文利用小卫星对目标区域进行通信覆盖，为远程远海作战打下基础。 1 现代小卫星技术

现代小卫星以当代迅猛发展起来的微电子、微计算机、微机械、新材料和新工艺等高新技术为依托，急剧提高了卫星的“功能密度”，应用了新的设计概念和科学管理方法，具有重量轻、体积小、研制发射成本低、性能好、研制周期短、发射灵活、低轨运行等特点[2]。若干颗小卫星以特定的形状飞行，组成小卫星星座，它们之间相互协同工作，相互联系，共同完成空间通信、导航和侦察等多种任务。

美国Analytical Graphics公司开发的STK卫星工具包软件，是航天工业领先的商品化分析软件。STK可以快速方便地分析复杂的陆、海、空、天任务，并提供易于理解的图表和文本形式的分析结果，确定最佳解决方案。通过STK软件的设计与仿真对本文中的小卫星战场通信覆盖系统设计进行分析处理，可以得到较为准确可靠的数据。 2 基于小卫星的战场通信覆盖系统体系结构

本文设计了一种基于STK软件仿真设计的小卫星战场通信覆盖系统体系结构，在分析该系统体系结构的基础上设计了由小卫星组成的中轨椭圆星座，以实现对目标区域的全天连续覆盖。通过STK仿真，证明了该系统对目标区域的达到了很高的平均覆盖率，并建立了信息传

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

输链路，基本保证了目标区域内信息传递的连续不间断。与其他方式相比，利用小卫星中椭圆轨道进行信息支援具有传输时延小，组网灵活，区域覆盖效果好，成本低等优点。 基于小卫星星座的战场通信覆盖系统体系结构的仿真模型如下图1所示：

小卫星远程远海战场通信覆盖包括空间段、用户段、地面段。其通信覆盖工作原理如下：为实现作战域区内各个设备之间的信息传输，当小卫星进入作战域区上空，同时覆盖多个设备终端时，设备终端之间通过小卫星中继，直接传输战场信息。如果作战指挥中心与作战域区同时都在小卫星的覆盖范围内，可通过小卫星直接建立作战指挥中心和战机的链路；如果作战指挥中心不在小卫星的覆盖范围，可建立小卫星与地球同步卫星的星间链路，以地球同步卫星作为中继，实现信息的发送与回传。 2.1 模拟中继卫星

模拟卫星由星上计算机[3]、敏感器件、执行器件和网络、射频器件组成。星上敏感器件包括星上GPS、MIMU、磁强计、星敏感器等。星上执行器件包括推进、动量轮、磁力矩器等。

2.2 指挥中心

指挥中心[4]的主要组成部分为一台计算机，它为系统提供比较强大的计算能力。根据指挥模式的不同，指挥中心主要可实现以下三类功能。

（1） 指挥中心可以构成一个数字仿真卫星。敏感器和执行器的模型经过程序化以后，构成数字器件并在计算机平台上运行。

（2）整个仿真系统的调度程序在指挥中心执行，可对星座进行初始化、设定星座拓扑结构、设定仿真参数、计算单星的轨道和姿态、向模拟卫星发出控制命令等。当不需要数字仿真卫星的时候，指挥中心可以承担某一颗模拟卫星的星上计算机的部分管理和计算功能。 （3）提供人机界面，接受操作员的控制指令，将仿真结果可视化地显示在计算机屏幕上，以文件的形式保存各种数据，以及打印输出。 2.3 星间链路和网络

小卫星星座飞行仿真平台通过双向星间链路和网络实现多节点之间的数据通信。紧密结合微小卫星星座飞行测量、控制和应用的特点进行简化、调整和增补。星间网络是仿真平台所必需环境的重要组成部分，也同时在仿真平台上得到检验。 3 结束语

龙源期刊网 http://www.qikan.com.cn

本文提出并建立一种基于小卫星的战场通信覆盖系统结构，设计了由真实星上器件组成的模拟卫星，设计了小卫星对战场通信覆盖的系统结构，通过STK软件检验了仿真平台的相对定位外场实验，获得了星座飞行控制仿真所需的相对定位精度，也验证了星间网络的可靠运行。此仿真平台未来的工作将进一步集成真实的星上器件，通过实验实测的方法获取各部分的具体指标；结合STK软件技术实现仿真平台的综合与集成，进一步演示和验证在不同空间需求和不同空间状况下的仿真策略，为工程应用提供理论和参考。 参考文献

[1] 许建民.卫星应用现状与发展（上下册）[M].北京：中国科学技术出版社，2001：790-791.

[2] 高薇.获取天基信息的新生力量——小卫星[J].中国航天， 2005，（12）：28-29. [3] 王文生，王小谟.小卫星直线星座合成孔径雷达的对地观测性能[J].北京理工大学学报，2006，26（1）：76-78.

[4] Li Bin，YOU Zheng，ZHANG Chenguang，et al. Design and experiment on small satellite formation flying simulation platform[C]RAST2005.Turkey：IEEE Press，2005：244-247.