一种太阳同步回归轨道对地观测混合星座设计方法技术

本发明专利技术提供了一种太阳同步回归轨道对地观测混合星座设计方法，将多颗对地观测卫星设计为混合星座，通过分析卫星轨道运动引起的轨迹变化，将卫星降交点地理经度差作为变量，推导卫星轨迹偏移与相位差的关系，根据实际观测任务中对时间分辨率、观测目标约束等要求的不同，设计共面与异面两种典型混合星座方法，实现了观测应用需求。本发明专利技术能够简便快速地完成星座设计，避免了大量数值计算，降低了混合星座设计构建工作的难度和复杂度；采用本方法构建的混合星座构型稳定，避免了频繁控制，不增加工作量，不产生额外推进剂消耗，安全便捷，便于工程应用。于工程应用。于工程应用。

【技术实现步骤摘要】
一种太阳同步回归轨道对地观测混合星座设计方法


[0001]本专利技术属于航天测量与控制领域，涉及一种不同用途、不同轨道特性的多星对地观测混合星座方法。

技术介绍

[0002]对地观测卫星观测范围广，不受地域限制，能够完成传统手段难以完成的任务。此类卫星常采用太阳同步回归轨道，运行于低地球轨道。降交点地方时和赤道上连续两个降交点间的角距分别是太阳同步轨道和回归轨道的重要参数，不同的交点地方时将形成不同的轨道面和不同的漂移速度；不同的角距将形成不同的回归特性。轨道特性主要太阳同步回归轨道的降交点地方时和回归特性。
[0003]虽然卫星的优势是公认的，但如果这些空间资源不能合理规划部署，就无法充分发挥优势，无法满足观测需求。例如，如果这些卫星均在某一短暂的时段经过同一区域，则对其他区域的观测往往出现缝隙，或者要经过较长时间才能访问该区域，无法满足快速均匀观测的应用需求。
[0004]传统的星座在发射之前，已经按照观测任务要求预先设计了星座轨道，各卫星具有相同的轨道特性，卫星用途也趋于一类。而在实际工作中，往往需要将不同用途、不同轨道特性的在轨卫星组网形成混合星座，且设计简便、构型稳定、建立与保持简单易行，不额外增加推进剂消耗。这一需求在低轨LEO空间太阳同步回归轨道尤为明显，称为在轨LEO组网需求。现有与混合星座相关的文献，研究的多为不同类型轨道间的混合，比如高轨GEO+中轨MEO，两种类型的轨道运动有很大差异，常采用数值仿真方法进行效果分析，方法不适用于在轨LEO组网需求；有的涉及低轨LEO空间混合星座的文献，如《基于改进粒子群算法的混合卫星星座优化设计》，其低轨部分采用的是轨道高度和倾角相同的Walker星座，方法也不适用于在轨LEO组网需求；有的文献，如《区域覆盖混合星座设计》，虽然研究对象都是低轨LEO空间，但轨道类型并不一致，分别为太阳同步轨道和非太阳同步轨道，方法也不适用于在轨LEO组网需求。

技术实现思路

[0005]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供一种太阳同步回归轨道对地观测混合星座设计方法，建立了解析模型，能够直观、快速地进行星座设计；在保持过程中采用成熟、简便的保持方法，实现了在轨LEO组网需求。
[0006]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
[0007](1)假定星座内第n颗卫星S
n
与第一颗卫星S1的第一条标称轨迹降交点地理经度差为则星座内各卫星地面轨迹分布特点分为轨迹均布、轨迹重复和其他三种基本情况；
[0008]轨迹均布是指同一纬度上星座内各卫星地面轨迹的间隔是均匀的，卫星S
n
与S1的第一条标称轨迹降交点地理经度差其中，卫星在赤道上连续两个降
交点的角距T
Ω
为交点周期，ω
e
为地球自转角速度，为轨道面进动角速度，N
S
为星座内卫星总数；
[0009]轨迹重复是指星座内所有卫星的地面轨迹重叠于一条，卫星间的轨迹间隔为0，即
[0010]其他分布情况，卫星间的轨迹间隔根据实际需要进行指定，即其中为卫星S
n
指定的轨迹间隔；
[0011](2)令为每天运行圈数，其中包含个整数圈，则有对于共面轨道，星座中第1颗卫星S1和第n颗卫星S
n
的相位差Δu∈[
‑
π，π)，分别为S1和S
n
的纬度幅角，则在轨道面进动和地球自转的共同影响下，S
n
通过S1临近降交点的地理经度轨迹间隔对应的相位差为已知星座回归特性，即每天运行圈数Q，以及卫星S
n
与S1的轨迹间隔即能够计算共面情况下双星标称相位差，建立星座轨迹分布与轨道根数的直接联系；
[0012](3)若星座中某两颗卫星轨道异面体现在倾角与升交点赤经的差异Δi和ΔΩ，假设卫星S
n
和S1的升交点赤经差则在此影响下，升交点赤经差对应的相位补偿量
[0013]则考虑共面和异面情况下，卫星S
n
相对S1的相位差即确定异面组网时目标相位分布。
[0014]所述设计为混合星座的对地观测卫星用途不同且轨道特性不同，或用途相同，或轨道特性相同，或用途与轨道特性均相同。
[0015]本专利技术的有益效果是：
[0016](1)提出了以星座内各卫星轨道回归特性一致为基本原则，依据轨迹分布要求确定各卫星地面轨迹，通过星座内各卫星与第一颗卫星的相位差进行星座设计和构建的技术路线，建立了星座内卫星地面轨迹分布与相位差的关联关系解析模型，能够简便快速地完成星座设计，避免了大量数值计算，降低了混合星座设计构建工作的难度和复杂度；
[0017](2)采用本方法构建的混合星座，构型稳定，采取单星轨迹保持的方式进行星座构型保持，不必频繁监视星座构型，将复杂的星座构型协同控制简化为单星控制，避免了频繁控制，不增加工作量，不产生额外推进剂消耗，安全便捷，便于工程应用。
附图说明
[0018]图1是本专利技术的方法流程图；
具体实施方式
[0019]下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明，本专利技术包括但不仅限于下述实施例。
[0020]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：将多颗对地观测卫星设计为混合星座，通过分析卫星轨道运动引起的轨迹变化，将卫星降交点地理经度差作为变量，推导卫星轨迹偏移与相位差的关系，根据实际观测任务中对时间分辨率、观测目标约束等要求的不同，设计共面与异面两种典型混合星座方法，实现了观测应用需求。
[0021]具体过程如下：
[0022](1)假定星座内第n颗卫星S
n
与第一颗卫星S1的第一条标称轨迹降交点地理经度差为则星座内各卫星地面轨迹分布特点分为轨迹均布、轨迹重复和其他三种基本情况；
[0023]轨迹均布是指同一纬度上星座内各卫星地面轨迹的间隔是均匀的，卫星S
n
与S1的第一条标称轨迹降交点地理经度差其中，卫星在赤道上连续两个降交点的角距T
Ω
为交点周期，ω
e
为地球自转角速度，为轨道面进动角速度，N
S
为星座内卫星总数；
[0024]轨迹重复是指星座内所有卫星的地面轨迹重叠于一条，卫星间的轨迹间隔为0，即
[0025]其他分布情况，卫星间的轨迹间隔根据实际需要进行指定，即其中为卫星S
n
指定的轨迹间隔；
[0026](2)令为每天运行圈数，其中包含个整数圈，则有对于共面轨道，星座中第1颗卫星S1和第n颗卫星S
n
的相位差Δu∈[
‑
π，π)，分别为S1和S
n
的纬度幅角，则在轨道面进动和地球自转的共同影响下，S
n
通过S1临近降交点的地理经度轨迹间隔对应的相位差为已知星座回归特性，即每天运行圈数Q，以及卫星S
n
与S1的轨迹间隔即能够计算共面情况下双本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种太阳同步回归轨道对地观测混合星座设计方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)假定星座内第n颗卫星S
n
与第一颗卫星S1的第一条标称轨迹降交点地理经度差为则星座内各卫星地面轨迹分布特点分为轨迹均布、轨迹重复和其他三种基本情况；轨迹均布是指同一纬度上星座内各卫星地面轨迹的间隔是均匀的，卫星S
n
与S1的第一条标称轨迹降交点地理经度差其中，卫星在赤道上连续两个降交点的角距T
Ω
为交点周期，ω
e
为地球自转角速度，为轨道面进动角速度，N
S
为星座内卫星总数；轨迹重复是指星座内所有卫星的地面轨迹重叠于一条，卫星间的轨迹间隔为0，即其他分布情况，卫星间的轨迹间隔根据实际需要进行指定，即其中为卫星S
n
指定的轨迹间隔；(2)令为每天运行圈数，其中包含个整数圈，则有对于共面轨道，星座中第1颗卫星S1和第n颗卫星S
n

【专利技术属性】
技术研发人员：李栋林，张莹，王露莎，王建伟，王超，曾光，孙振江，曹继宏，马强，
申请(专利权)人：中国西安卫星测控中心，
类型：发明
国别省市：