对地表固定区域目标稳定观测覆盖的星座快速设计方法技术

本发明专利技术公开了一种对地表固定区域目标稳定观测覆盖的星座快速设计方法，包括：根据观测目标的位置信息，确定星座的飞行轨道倾角；根据回归轨道定义，结合选定的初始轨道高度，迭代求解得到星座的飞行轨道高度；根据位置信息、星座的飞行轨道倾角和飞行轨道高度，计算得到星座中首枚航天器的轨道参数；根据覆盖重访时长要求确定星座中航天器的数量；逐一确定星座中各航天器的轨道参数，完成星座的快速设计。本发明专利技术能够根据需求，快速实现星座轨道与构型规模初步论证与星座设计，满足工程快速论证设计需求。证设计需求。证设计需求。

【技术实现步骤摘要】
对地表固定区域目标稳定观测覆盖的星座快速设计方法


[0001]本专利技术属于航天
，尤其涉及一种对地表固定区域目标稳定观测覆盖的星座快速设计方法。

技术介绍

[0002]随着航天技术的快速发展，小卫星技术的成熟，国内外对航天器快速对地观测星座组网技术应用需求越来越多，自然灾害应急快速组网观测覆盖，局部战争或者恐怖袭击快速监视组网观测覆盖等需求愈专利技术显。
[0003]如何快速对特定区域目标观测覆盖星座构型进行设计，实现运载快速应急响应发射，利用成熟模块化小卫星形成对目标区域的短期稳定持续覆盖，对局部应急状况形成快速监视保障，是本领域技术人员需要亟需解决的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种对地表固定区域目标稳定观测覆盖的星座快速设计方法，能够根据需求，快速实现星座轨道与构型规模初步论证与星座设计，满足工程快速论证设计需求。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种对地表固定区域目标稳定观测覆盖的星座快速设计方法，包括：
[0006]根据观测目标的位置信息，确定星座的飞行轨道倾角；
[0007]根据回归轨道定义，结合选定的初始轨道高度，迭代求解得到星座的飞行轨道高度；
[0008]根据位置信息、星座的飞行轨道倾角和飞行轨道高度，计算得到星座中首枚航天器的轨道参数；
[0009]根据覆盖重访时长要求确定星座中航天器的数量；
[0010]逐一确定星座中各航天器的轨道参数，完成星座的快速设计。
[0011]在上述对地表固定区域目标稳定观测覆盖的星座快速设计方法中，根据观测目标的位置信息，确定星座的飞行轨道倾角，包括：
[0012]根据观测目标区域中心点所在地理纬度B
t
，确定星座的飞行轨道倾角i：
[0013]i＝B
t
+δ
i
[0014]其中，δ
i
表示区域南北跨度范围修正量，0
°
≤δ
i
≤5
°
。
[0015]在上述对地表固定区域目标稳定观测覆盖的星座快速设计方法中，根据回归轨道定义，结合选定的初始轨道高度，迭代求解得到星座的飞行轨道高度，包括：
[0016]选定回归轨道的回归天数D和初始轨道高度H0；
[0017]根据航天器轨道相对地球的运动角速度计算得到航天器轨道相对地球旋转一周的时间间隔T
e
：
[0018][0019]其中，表示地球在惯性空间的自转角速度，表示航天器轨道升交点赤经的变化率；
[0020]根据回归天数D、航天器轨道周期T
Ω
和航天器轨道相对地球旋转一周的时间间隔T
e
，计算得到单个回归周期内飞行圈数N：
[0021]NT
Ω
＝DT
e
[0022]将飞行轨道倾角i、回归天数D和单个回归周期内飞行圈数N代入如下回归轨道模型：
[0023][0024]采用牛顿法，以a0作为初值，迭代精度取1
×
10
‑9，对式(1)进行迭代计算，得到星座的轨道半长轴a；
[0025]根据得到的星座的轨道半长轴a，计算得到星座的飞行轨道高度h：
[0026]h＝a
‑
R
E
[0027]其中，J2表示2阶地球引力场带谐调和项系数，R
E
表示地球平均半径，ω
E
表示地球自转角速率，n表示航天器轨道角速率，J4表示4阶地球引力场带谐调和项系数；a0表示轨道半长轴牛顿迭代初值，a0＝H0+R
E
。
[0028]在上述对地表固定区域目标稳定观测覆盖的星座快速设计方法中，根据位置信息、星座的飞行轨道倾角和飞行轨道高度，计算得到星座中首枚航天器的轨道参数，包括：
[0029]确定星座中首枚航天器t0时刻在大地坐标系下的位置矢量[h L
t B
t
]；其中，t0时刻为星座中首枚航天器的过顶时刻，即在t0时刻，星座中首枚航天器星下点轨迹与观测目标区域中心点重合；L
t
表示测目标区域中心点所在地理经度；
[0030]将[h L
t B
t
]转换至地心球面坐标系，得到星座中首枚航天器t0时刻在地心球面坐标系下的位置矢量[R
i
αδ]；
[0031]根据[R
i
αδ]，计算得到星座中首枚航天器的轨道纬度幅角和轨道升交点赤经；
[0032]根据计算得到的星座中首枚航天器的轨道纬度幅角，计算得到星座中首枚航天器的轨道近地点幅角。
[0033]在上述对地表固定区域目标稳定观测覆盖的星座快速设计方法中，将[h L
t B
t
]转换至地心球面坐标系，得到星座中首枚航天器t0时刻在地心球面坐标系下的位置矢量[R
i
αδ]，包括：
[0034]将[h L
t B
t
]转换至地心固连球面坐标系，得到星座中首枚航天器t0时刻在地心固连球面坐标系下的位置矢量[r
s λ φ]：
[0035][0036]将[r
s λ φ]转换至地心赤道固连坐标系，得到星座中首枚航天器t0时刻在地心赤道固连坐标系下的位置矢量[r
sx r
sy r
sz
]：
[0037][0038]将[r
sx r
sy r
sz
]转换至地心赤道惯性坐标系，得到星座中首枚航天器t0时刻在地心赤道惯性坐标系下的位置矢量[r
ix r
iy r
iz
]：
[0039][r
ix r
iy r
iz
]＝M
si
[r
sx r
sy r
sz
]T
[0040]将[r
ix r
iy r
iz
]转换至地心球面坐标系，得到星座中首枚航天器t0时刻在地心球面坐标系下的位置矢量[R
i α δ]：
[0041][0042]其中，R
e
表示观测目标区域中心点距地心的距离，a
e
表示地球赤道半径，α
e
表示地球扁率，M
si
表示地心赤道固连坐标系至地心赤道惯性坐标系的转换矩阵。
[0043]在上述对地表固定区域目标稳定观测覆盖的星座快速设计方法中，根据[R
i α δ]，计算得到星座中首枚航天器的轨道纬度幅角和轨道升交点赤经，包括：
[0044]升轨时，星座中首枚航天器的轨道纬度幅角u
sc1
为：
[0045][0046]降轨时，星座中首枚航天器的轨道纬度幅角u
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种对地表固定区域目标稳定观测覆盖的星座快速设计方法，其特征在于，包括：根据观测目标的位置信息，确定星座的飞行轨道倾角；根据回归轨道定义，结合选定的初始轨道高度，迭代求解得到星座的飞行轨道高度；根据位置信息、星座的飞行轨道倾角和飞行轨道高度，计算得到星座中首枚航天器的轨道参数；根据覆盖重访时长要求确定星座中航天器的数量；逐一确定星座中各航天器的轨道参数，完成星座的快速设计。2.根据权利要求1所述的对地表固定区域目标稳定观测覆盖的星座快速设计方法，其特征在于，根据观测目标的位置信息，确定星座的飞行轨道倾角，包括：根据观测目标区域中心点所在地理纬度B
t
，确定星座的飞行轨道倾角i：i＝B
t
+δ
i
其中，δ
i
表示区域南北跨度范围修正量，0
°
≤δ
i
≤5
°
。3.根据权利要求2所述的对地表固定区域目标稳定观测覆盖的星座快速设计方法，其特征在于，根据回归轨道定义，结合选定的初始轨道高度，迭代求解得到星座的飞行轨道高度，包括：选定回归轨道的回归天数D和初始轨道高度H0；根据航天器轨道相对地球的运动角速度计算得到航天器轨道相对地球旋转一周的时间间隔T
e
：其中，表示地球在惯性空间的自转角速度，表示航天器轨道升交点赤经的变化率；根据回归天数D、航天器轨道周期T
Ω
和航天器轨道相对地球旋转一周的时间间隔T
e
，计算得到单个回归周期内飞行圈数N：NT
Ω
＝DT
e
将飞行轨道倾角i、回归天数D和单个回归周期内飞行圈数N代入如下回归轨道模型：采用牛顿法，以a0作为初值，迭代精度取1
×
10
‑9，对式(1)进行迭代计算，得到星座的轨道半长轴a；根据得到的星座的轨道半长轴a，计算得到星座的飞行轨道高度h：h＝a
‑
R
E
其中，J2表示2阶地球引力场带谐调和项系数，R
E
表示地球平均半径，ω
E
表示地球自转角速率，n表示航天器轨道角速率，J4表示4阶地球引力场带谐调和项系数；a0表示轨道半长轴牛顿迭代初值，a0＝H0+R
E
。4.根据权利要求3所述的对地表固定区域目标稳定观测覆盖的星座快速设计方法，其特征在于，根据位置信息、星座的飞行轨道倾角和飞行轨道高度，计算得到星座中首枚航天器的轨道参数，包括：
确定星座中首枚航天器t0时刻在大地坐标系下的位置矢量[h L
t B
t
]；其中，t0时刻为星座中首枚航天器的过顶时刻，即在t0时刻，星座中首枚航天器星下点轨迹与观测目标区域中心点重合；L
t
表示测目标区域中心点所在地理经度；将[h L
t B
t
]转换至地心球面坐标系，得到星座中首枚航天器t0时刻在地心球面坐标系下的位置矢量[R
i α δ]；根据[R
i α δ]，计算得到星座中首枚航天器的轨道纬度幅角和轨道升交点赤经；根据计算得到的星座中首枚航天器的轨道纬度幅角，计算得到星座中首枚航天器的轨道近地点幅角。5.根据权利要求4所述的对地表固定区域目标稳定观测覆盖的星座快速设计方法，其特征在于，将[h L
t B
t
]转换至地心球面坐标系，得到星座中首枚航天器t0时刻在地心球面坐标系下的位置矢量[R
i α δ]，包括：将[h L
t B
t
]转换至地心固连球面坐标系，得到星座中首枚航天器t0时刻在地心固连球面坐标系下的位置矢量[r
s λ φ]：将[r
s λ φ]转换至地心赤道固连...

【专利技术属性】
技术研发人员：王传魁，陈佳晔，张兵，周文勇，陈益，马英，张利宾，郑莉莉，韩冬，解永锋，李重远，曹梦磊，王紫扬，
申请(专利权)人：北京宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：