一种Walker星座构型维持的轨道控制频次分析方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供一种Walker星座构型维持的轨道控制频次分析方法及装置，所述方法包括：计算在不同升交点赤经最大容许漂移量的条件下相位的最大容许漂移量；确定升交点赤经最大容许漂移量、相位最大容许漂移量，以及相对升交点赤经平均漂移速率和相对相位平均漂移速率；根据升交点赤经最大容许漂移量、相位最大容许漂移量，以及相对升交点赤经平均漂移速率和相对相位平均漂移速率，计算在绝对构型维持方法下星座卫星在寿命周期内的轨道控制频次，以最大允许衰减高度作为约束，计算在相对构型维持方法下星座卫星在寿命周期内的轨道控制频次，适用于低轨大规模Walker星座的构型维持。适用于低轨大规模Walker星座的构型维持。适用于低轨大规模Walker星座的构型维持。

【技术实现步骤摘要】
一种Walker星座构型维持的轨道控制频次分析方法及装置


[0001]本专利技术涉及Walker星座构型维持
，特别涉及一种Walker星座构型维持的轨道控制频次分析方法及装置。

技术介绍

[0002]低轨大规模Walker星座是由轨道高度低于2000公里，超过数百颗卫星组成的卫星星座。低轨大规模Walker星座能够为用户提供全球范围内的低延时、高速互联网宽带接入，具有巨大的经济效益和军事应用潜力，引起了各个国家的重视，获得了快速发展。目前，正在建设的低轨大规模Walker星座包括美国的Starlink星座和英国的OneWeb星座，还有多个国家正处于设计规划中，包括：中国的国网星座、美国的Kuiper星座、加拿大的Telesat星座等。
[0003]这些星座在长期的运行过程中需要通过频繁的机动来维持星座的构型，以避免卫星间发生碰撞。目前，常用的维持星座构型的方法有两种：一是维持卫星实际位置与标称轨道在一定范围内的绝对构型维持方法；二是维持卫星实际位置相对于基准卫星的位置在一定范围内的相对构型维持方法。
[0004]低轨大规模Walker星座构型维持方法的确定是一个求解最优值的过程，通过星座控制的边界条件，求解卫星在空间中最大漂移范围约束。在目前的星座设计中，由于现有星座的卫星数量少，卫星漂移范围较大，考虑的星座控制边界条件主要是基于卫星对地覆盖的最大容许漂移量，对构型漂移带来的星座安全性的研究较少，而低轨大规模Walker星座由于卫星数量和轨道面数量都比较多，面临构型破坏带来的安全性问题更突出，缺乏针对低轨大规模Walker星座构型安全约束条件下的维持方法分析。

技术实现思路

[0005]本专利技术实施例提供一种Walker星座构型维持的轨道控制频次分析方法及装置，适用于低轨大规模Walker星座的构型维持，同时满足降低星座轨道控制频次和控制难度的需求。
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供一种Walker星座构型维持的轨道控制频次分析方法，包括：
[0007]计算在不同升交点赤经最大容许漂移量的条件下相位的最大容许漂移量；
[0008]确定升交点赤经最大容许漂移量、相位最大容许漂移量，以及相对升交点赤经平均漂移速率和相对相位平均漂移速率；
[0009]根据升交点赤经最大容许漂移量、相位最大容许漂移量，以及相对升交点赤经平均漂移速率和相对相位平均漂移速率，计算在绝对构型维持方法下星座卫星在寿命周期内的轨道控制频次；
[0010]根据升交点赤经最大容许漂移量、相位最大容许漂移量，以及相对升交点赤经平均漂移速率和相对相位平均漂移速率，以最大允许衰减高度作为约束，计算在相对构型维
持方法下星座卫星在寿命周期内的轨道控制频次。
[0011]在一些实施方式中，所述计算在不同升交点赤经最大容许漂移量的条件下相位的最大容许漂移量，包括：
[0012]根据球面三角形余弦定理，建立其他轨道面与第一轨道面间的升交点赤经夹角与楔角之间的关系式，并通过升交点赤经夹角与楔角之间的关系式，求出第一轨道面第一颗卫星过其他轨道面时分别在第一轨道面和其他轨道面内的相位；
[0013]基于卫星的相位和升交点赤经及其他轨道面与第一轨道面间的升交点赤经夹角与楔角之间的关系，得到第一轨道面第一颗卫星过其他轨道面时与其他轨道面卫星的相位差关系式；
[0014]运用数值法，计算在不同升交点赤经最大容许漂移量的条件下相位的最大容许漂移量。
[0015]在一些实施方式中，所述其他轨道面与第一轨道面间的升交点赤经夹角与楔角之间的关系式，包括：
[0016]当两轨道面间的升交点赤经夹角ΔΩ
1i
′
<180
°
时，升交点赤经夹角与楔角C之间的关系式为：∠C＝arccos(
‑
cosicos(180
°‑
i)+sinisin(180
°‑
i)cosΔΩ
1i
′
)；
[0017]当两轨道面间的升交点赤经夹角ΔΩ
1i
′
≥180
°
时，升交点赤经夹角与楔角C之间的关系式为：∠C＝arccos(
‑
cosicosi+sinisinicos(ΔΩ
1i
′
‑
180
°
))；
[0018]所述第一轨道面第一颗卫星过其他轨道面时分别在第一轨道面和其他轨道面内的相位，计算式如下：
[0019]当两轨道面间的升交点赤经夹角ΔΩ
1i
′
<180
°
时：
[0020][0021]当两轨道面间的升交点赤经夹角ΔΩ
1i
′
≥180
°
时：
[0022][0023]其中，ΔΩ
1i
′
表示第一轨道面与第i
′
轨道面间的升交点赤经夹角，i表示轨道倾角，λ1表示第一轨道面第一颗卫星过第i
′
轨道面时在第一轨道面内的相位，λ
i
′
表示第一轨道面第一颗卫星过第i
′
轨道面时在第i
′
轨道面内的相位。
[0024]在一些实施方式中，所述相位差关系式，包括：
[0025][0026]其中，表示第一轨道面第一颗卫星过第i
′
轨道面时与第i
′
轨道面第j颗卫星的相位差，λ1表第一轨道面第一颗卫星过第i
′
轨道面时在第一轨道面内的相位，λ
i
′
表示第一轨道面第一颗卫星过第i
′
轨道面时在第i
′
轨道面内的相位，j表示第i
′
轨道面的卫星编号，fix表示取整。
[0027]在一些实施方式中，所述运用数值法，计算在不同升交点赤经最大容许漂移量的条件下相位的最大容许漂移量，包括：
[0028]使用如下计算式计算在不同升交点赤经最大容许漂移量的条件下相位的最大容许漂移量：
[0029][0030]其中，ε
u
为卫星在不同升交点赤经最大容许漂移量下的相位最大容许漂移量，ε'
Ω
表示升交点赤经最大容许漂移量；相位最大容许漂移量表示升交点赤经最大容许漂移量；相位最大容许漂移量表示第一轨道面第一颗卫星过第i
′
轨道面时与第i
′
轨道面第j颗卫星的相位差。
[0031]在一些实施方式中，所述确定升交点赤经最大容许漂移量、相位最大容许漂移量，以及相对升交点赤经平均漂移速率和相对相位平均漂移速率，包括：
[0032]计算J2项摄动引起的相对升交点赤经漂移速率和相对相位漂移速率；
[0033]计算大气阻力引起的卫星轨道衰减情况；
[0034]确定卫星本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Walker星座构型维持的轨道控制频次分析方法，其特征在于，包括：计算在不同升交点赤经最大容许漂移量的条件下相位的最大容许漂移量；确定升交点赤经最大容许漂移量、相位最大容许漂移量，以及相对升交点赤经平均漂移速率和相对相位平均漂移速率；根据升交点赤经最大容许漂移量、相位最大容许漂移量，以及相对升交点赤经平均漂移速率和相对相位平均漂移速率，计算在绝对构型维持方法下星座卫星在寿命周期内的轨道控制频次；根据升交点赤经最大容许漂移量、相位最大容许漂移量，以及相对升交点赤经平均漂移速率和相对相位平均漂移速率，以最大允许衰减高度作为约束，计算在相对构型维持方法下星座卫星在寿命周期内的轨道控制频次。2.根据权利要求1所述的Walker星座构型维持的轨道控制频次分析方法，其特征在于，所述计算在不同升交点赤经最大容许漂移量的条件下相位的最大容许漂移量，包括：根据球面三角形余弦定理，建立其他轨道面与第一轨道面间的升交点赤经夹角与楔角之间的关系式，并通过升交点赤经夹角与楔角之间的关系式，求出第一轨道面第一颗卫星过其他轨道面时分别在第一轨道面和其他轨道面内的相位；基于卫星的相位和升交点赤经及其他轨道面与第一轨道面间的升交点赤经夹角与楔角之间的关系，得到第一轨道面第一颗卫星过其他轨道面时与其他轨道面卫星的相位差关系式；运用数值法，计算在不同升交点赤经最大容许漂移量的条件下相位的最大容许漂移量。3.根据权利要求2所述的Walker星座构型维持的轨道控制频次分析方法，其特征在于，所述其他轨道面与第一轨道面间的升交点赤经夹角与楔角之间的关系式，包括：当两轨道面间的升交点赤经夹角ΔΩ
1i
′
<180
°
时，升交点赤经夹角与楔角C之间的关系式为：∠C＝arccos(
‑
cosicos(180
°‑
i)+sinisin(180
°‑
i)cosΔΩ
1i
′
)；当两轨道面间的升交点赤经夹角ΔΩ
1i
′
≥180
°
时，升交点赤经夹角与楔角C之间的关系式为：∠C＝arccos(
‑
cosicosi+sinisinicos(ΔΩ
1i
′
‑
180
°
))；所述第一轨道面第一颗卫星过其他轨道面时分别在第一轨道面和其他轨道面内的相位，计算式如下：当两轨道面间的升交点赤经夹角ΔΩ
1i
′
<180
°
时：当两轨道面间的升交点赤经夹角ΔΩ
1i
′
≥180
°
时：其中，ΔΩ
1i
′
表示第一轨道面与第i
′
轨道面间的升交点赤经夹角，i表示轨道倾角，λ1表
示第一轨道面第一颗卫星过第i
′
轨道面时在第一轨道面内的相位，λ
i
′
表示第一轨道面第一颗卫星过第i
′
轨道面时在第i
′
轨道面内的相位。4.根据权利要求2所述的Walker星座构型维持的轨道控制频次分析方法，其特征在于，所述相位差关系式，包括：其中，表示第一轨道面第一颗卫星过第i
′
轨道面时与第i
′
轨道面第j颗卫星的相位差，λ1表示第一轨道面第一颗卫星过第i
′
轨道面时在第一轨道...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡敏，云朝明，阮永井，李菲菲，薛文，孙天宇，宋诗雯，徐启丞，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：