一种低轨通、导、遥系统的多层异构星座方案及最小配置设计方法技术方案

本发明专利技术公开了一种低轨通、导、遥系统的多层异构星座方案及最小配置设计方法，该星座包括：第一星座，第一星座的星座构型为极轨星座，第一星座包括部署在第一预设轨道上的多个第一卫星，第一卫星上配置通导遥一体化载荷；第二星座，第二星座的星座构型为Walker

【技术实现步骤摘要】
一种低轨通、导、遥系统的多层异构星座方案及最小配置设计方法


[0001]本专利技术涉及卫星星座设计
，尤其涉及一种低轨通、导、遥系统的多层异构星座方案及最小配置设计方法。

技术介绍

[0002]低轨星座系统是未来天基系统发展的重要趋势之一。近年来，随着微纳卫星技术发展和商业航天兴起，低轨星座计划呈现爆发式的增长。除通信星座之外，低轨空间在发展遥感、导航增强星座方面也具有其独特的优势。由于轨道高度低，低轨空间不仅单次发射能运送到轨道上的质量更大，发射成本更低，其对遥感、导航增强卫星的载荷要求也更低。虽然单颗卫星在低轨上的对地覆盖性能较差，但是采用多颗卫星构成星座也可以弥补这方面的不足。随着通信、导航、遥感一体化应用需求的日益增长，在低轨空间实现通信、导航、遥感的一体化应用能够进一步提升低轨星座系统的应用价值。
[0003]目前，在低轨空间实现通导遥的一体化应用主要通过在卫星星座的每个卫星平台均部署通信载荷、导航载荷和遥感载荷来实现。然而，虽然将通信载荷、导航载荷和遥感载荷部署在同一个卫星上能够实现高分辨率的对地遥感，但由于单个卫星的功能较多，必然会导致整个卫星复杂化，相应的质量更大、成本更高。并且，由于不同载荷应用的区别，将导致卫星工作模式受限，无法实现应用效能的最大化。例如，当卫星仅携带遥感载荷时，虽然载荷的视场角很小，对地的瞬时覆盖面积小，但卫星可以通过姿态机动的方式拓展其可见范围，从而达到缩短重返时间的目的。当卫星同时携带通信载荷、导航载荷和遥感载荷时，因通信和导航卫星不进行大范围姿态机动，将会限制遥感载荷可见范围的拓展。

技术实现思路

[0004]为解决上述现有技术中存在的部分或全部技术问题，本专利技术提供一种低轨通、导、遥系统的多层异构星座方案及最小配置设计方法。
[0005]本专利技术的技术方案如下：
[0006]第一方面，提供了一种低轨通、导、遥系统的多层异构星座方案，所述星座包括：
[0007]第一星座，所述第一星座的星座构型为极轨星座，所述第一星座包括部署在第一预设轨道上的多个第一卫星，所述第一卫星上配置通导遥一体化载荷，所述第一星座用于为全球提供实时连续的通信和导航增强服务，以及提供基础遥感服务；
[0008]第二星座，所述第二星座的星座构型为Walker
‑
δ星座，所述第二星座包括部署在第二预设轨道上的多个第二卫星，所述第二卫星上配置光学遥感载荷，所述第二星座用于为特定纬度范围内的区域提供能够满足特定重访时间要求的高精度遥感服务；
[0009]其中，所述第一预设轨道和所述第二预设轨道均为低轨道，且所述第一预设轨道的高度大于所述第二预设轨道。
[0010]在一些可能的实现方式中，所述第一星座的轨道类型为太阳同步轨道，所述第一
预设轨道的高度为1200km，轨道倾角为100.4
°
，所述第一星座包括5个第一轨道面，每个所述第一轨道面部署有9个所述第一卫星，用于为全球提供实时连续的覆盖。
[0011]在一些可能的实现方式中，所述第二预设轨道的高度为600km，轨道倾角为55
°
，所述第二星座包括13个第二轨道面，每个所述第二轨道面部署有4个所述第二卫星，用于为南北纬60
°
范围内的区域提供重访时间小于30分钟的覆盖。
[0012]第二方面，提供了一种低轨通、导、遥系统的多层异构星座最小配置设计方法，所述方法用于确定如上述的低轨通、导、遥系统的多层异构星座的最小配置，包括：
[0013]给定第一预设轨道高度和第一星座的轨道构型；
[0014]基于给定的第一预设轨道高度和第一星座的轨道构型，计算确定每个第一轨道面能够形成连续覆盖带的最少第一卫星数量，利用连续覆盖带宽度、覆盖带重叠系数和第一轨道面数三者间的相互关系，计算确定能够实现全球覆盖的第一星座的最少第一轨道面数；
[0015]给定第二预设轨道高度范围、特定纬度范围要求和特定重访时间要求；
[0016]基于给定的第二预设轨道高度范围，计算确定能够满足特定重访时间要求的第二轨道面上的最少第二卫星数，计算确定能够满足特定纬度范围要求的最少第二轨道面数。
[0017]在一些可能的实现方式中，利用以下公式计算确定每个第一轨道面能够形成连续覆盖带的最少第一卫星数量；
[0018][0019]其中，S
A
表示第一轨道面上部署的第一卫星数，d
σ
表示仰角大于5
°
条件下的第一卫星对地面覆盖半角，d
σ
由第一预设轨道高度确定。
[0020]在一些可能的实现方式中，利用以下公式确定连续覆盖带宽度；
[0021][0022]利用以下公式计算确定能够实现全球覆盖的第一星座的最少第一轨道面数；
[0023][0024]其中，d
S
表示连续覆盖带宽度，P
A
表示第一星座的第一轨道面数，κ表示覆盖带重叠系数，κ≥1。
[0025]在一些可能的实现方式中，利用以下公式计算确定能够满足特定重访时间要求的第二轨道面上的最少第二卫星数；
[0026][0027]其中，S
S
表示第二轨道面上部署的第二卫星数，n表示卫星轨道周期，T0表示特定重访时间要求中的最大重访时间。
[0028]在一些可能的实现方式中，利用以下公式计算确定能够满足特定纬度范围要求的最少第二轨道面数；
[0029][0030]其中，P
S
表示第二星座的第二轨道面数，d
τ
表示在卫星姿态机动条件下可达的地面覆盖半角，i
S
表示第二星座的轨道倾角，i
S
由特定纬度范围要求确定，且满足由特定纬度范围要求确定，且满足表示特定纬度范围要求中的最大纬度。
[0031]本专利技术技术方案的主要优点如下：
[0032]本专利技术的低轨通、导、遥系统的多层异构星座方案及最小配置设计方法充分考虑了不同载荷的应用特点，将通导遥一体化载荷和高分辨率的光学遥感载荷部署在不同高度的不同星座的卫星上，能够以更小的卫星规模为全球提供实时连续的通信服务、导航增强服务和基础遥感服务，并能够对特定纬度范围内的区域提供能够满足特定重访时间要求的高精度遥感服务。
附图说明
[0033]此处所说明的附图用来提供对本专利技术实施例的进一步理解，构成本专利技术的一部分，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0034]图1为本专利技术一实施例的低轨通、导、遥系统的多层异构星座最小配置设计方法的流程图；
[0035]图2为本专利技术一实施例的第一星座的单轨道面连续覆盖带示意图；
[0036]图3为本专利技术一实施例的覆盖带重叠系数为1时第一星座轨道面的一种覆盖带拼接效果示意图；
[0037]图4为本专利技术一实施例的覆盖带重叠系数为1时第一星座轨道面的另一种覆盖带拼接效果本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种低轨通、导、遥系统的多层异构星座方案，其特征在于，所述星座包括：第一星座，所述第一星座的星座构型为极轨星座，所述第一星座包括部署在第一预设轨道上的多个第一卫星，所述第一卫星上配置通导遥一体化载荷，所述第一星座用于为全球提供实时连续的通信和导航增强服务，以及提供基础遥感服务；第二星座，所述第二星座的星座构型为Walker
‑
δ星座，所述第二星座包括部署在第二预设轨道上的多个第二卫星，所述第二卫星上配置光学遥感载荷，所述第二星座用于为特定纬度范围内的区域提供能够满足特定重访时间要求的高精度遥感服务；其中，所述第一预设轨道和所述第二预设轨道均为低轨道，且所述第一预设轨道的高度大于所述第二预设轨道。2.根据权利要求1所述的低轨通、导、遥系统的多层异构星座方案，其特征在于，所述第一星座的轨道类型为太阳同步轨道，所述第一预设轨道的高度为1200km，轨道倾角为100.4
°
，所述第一星座包括5个第一轨道面，每个所述第一轨道面部署有9个所述第一卫星，用于为全球提供实时连续的覆盖。3.根据权利要求1或2所述的低轨通、导、遥系统的多层异构星座方案，其特征在于，所述第二预设轨道的高度为600km，轨道倾角为55
°
，所述第二星座包括13个第二轨道面，每个所述第二轨道面部署有4个所述第二卫星，用于为南北纬60
°
范围内的区域提供重访时间小于30分钟的覆盖。4.一种低轨通、导、遥系统的多层异构星座最小配置设计方法，其特征在于，所述方法用于确定如权利要求1所述的低轨通、导、遥系统的多层异构星座的最小配置，包括：给定第一预设轨道高度和第一星座的轨道构型；基于给定的第一预设轨道高度和第一星座的轨道构型，计算确定每个第一轨道面能够形成连续覆盖带的最少第一卫星数量，利用连续覆盖带宽度、覆盖带重叠系数和第一轨道面数三者间的相互关系，计算确定能够实现全球覆盖的第一星座的最少第一轨道面数；给定第二预设轨道高度范...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋超，姚雯，朱效洲，张俊，左源，
申请(专利权)人：中国人民解放军军事科学院国防科技创新研究院，
类型：发明
国别省市：