一种基于低中高轨的复杂异构导航星座实现方法技术

本发明专利技术提供一种基于低中高轨的复杂异构导航星座实现方法确定复杂异构导航星座包括低轨子星座和中高轨子星座；设计能够独立于中高轨子星座进行导航工作的低轨子星座，若不需要考虑南北极的覆盖，确定低轨子星座的构型包括低轨Walker星座，并设计低轨Walker星座的第一变量；若需要考虑南北极的覆盖，则确定低轨子星座的构型包括低轨Walker星座和极轨星座，设计低轨Walker星座的第一变量和极轨星座的第二变量；设计能够独立于低轨子星座进行导航工作且满足空间服务域需求的中高轨子星座，在高轨子星座和中轨子星座中，卫星间采用星间链路进行互联互通，以在部分卫星失效的情况下高轨子星座和中轨子星座也能够进行工作，能够满足空间服务域和导航战的需求。足空间服务域和导航战的需求。足空间服务域和导航战的需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于低中高轨的复杂异构导航星座实现方法


[0001]本专利技术属于复杂异构星座设计领域，具体涉及一种基于低中高轨的复杂异构导航星座实现方法。

技术介绍

[0002]高轨导航(或导航增强)卫星星座，其主要采用中地球轨道(Medium Earth Orbit,MEO)、地球静止轨道(Geostationary Orbit,GEO)和倾斜地球同步轨道(Inclined Geosynchronous Orbit,IGSO)，是现在大部分星座采用的方案。高轨导航卫星星座主要优点是：(1)高度较高，单星对地覆盖区域广，较少卫星数即可满足目标区域覆盖和导航定位能力；(2)倾斜地球同步轨道的星下点轨迹对特定区域覆盖性好，对地静止或运动缓慢，能满足长时长可见和持续导航增强服务。
[0003]但高轨导航卫星星座也有其固有缺陷：(1)落地信号弱，难以满足城市建筑密集区、山区峡谷等复杂场景、室内等有遮挡环境以及室内外无缝衔接的导航定位需求；(2)卫星对地空间几何构型变化不显著，导致精密单点定位收敛时间较长，影响实时高精度定位作业效率。
[0004]现有的区域导航星座主要由GEO和IGSO卫星构成，全球导航星座则增加了MEO卫星，目前还缺乏基于低中高轨的复杂异构导航星座实现方法，满足空间服务域和导航战的需求。

技术实现思路

[0005]为了满足空间服务域和导航战的需求，本专利技术提供一种基于低中高轨的复杂异构导航星座实现方法。
[0006]本专利技术提供的基于低中高轨的复杂异构导航星座实现方法，包括：
[0007]确定复杂异构导航星座包括低轨子星座和中高轨子星座；
[0008]设计能够独立于中高轨子星座进行导航工作的低轨子星座，包括：
[0009]判断是否需要考虑南北极的覆盖：
[0010]若不需要考虑南北极的覆盖，确定低轨子星座的构型包括低轨Walker星座，并设计低轨Walker星座的第一变量，所述第一变量包括轨道高度、轨道倾角、卫星数目、轨道面数和相位因子；
[0011]若需要考虑南北极的覆盖，则确定低轨子星座的构型包括低轨Walker星座和极轨星座，设计低轨Walker星座的第一变量和极轨星座的第二变量，所述第二变量包括进动速度、回归轨道、极轨星座参数和升交点赤经；
[0012]设计能够独立于低轨子星座进行导航工作且满足空间服务域需求的中高轨子星座，包括：
[0013]确定中高轨子星座包括相互间独立进行导航工作的高轨子星座和中轨子星座；
[0014]在高轨子星座和中轨子星座中，卫星间采用星间链路进行互联互通，以在部分卫
星失效的情况下高轨子星座和中轨子星座也能够进行工作。
[0015]在一些实现方式中，所述设计低轨Walker星座的第一变量，包括：
[0016]设计轨道高度，包括：初步估计轨道半径范围；运用回归条件估算卫星的回归圈数；再次利用回归条件计算卫星的运行周期；利用卫星的运行周期计算轨道半径，进而计算出轨道高度；
[0017]设计轨道倾角，包括：针对南北极以外的覆盖地区设计轨道倾角；
[0018]设计卫星数目、轨道平面数和相位因子。
[0019]在一些实现方式中，设计所述极轨星座的第二变量，包括：
[0020]选择极轨星座的进动速度，使其与低轨Walker星座的进动速度保持一致；
[0021]初步确定极轨星座的轨道倾角范围、轨道高度范围；
[0022]选取极轨星座的回归轨道，并以轨道倾角范围和轨道高度范围为优化参数边界，选取覆盖性能增强效果最佳的极轨星座参数；
[0023]以设定步长选取升交点赤经差，分析不同升交点赤经差的情况下低轨Walker星座和极轨星座混合的构型的覆盖性能，选择覆盖性能最佳的升交点赤经。
[0024]在一些实现方式中，所述高轨子星座包括GEO轨道卫星和IGSO轨道卫星。
[0025]在一些实现方式中，所述中轨子星座包括MEO轨道卫星。
[0026]在一些实现方式中，所述设计卫星数目、轨道平面数和相位因子，包括：
[0027]以对服务区域提供至少两重覆盖和/或可见卫星数量尽可能多为目标，设计卫星数目、轨道平面数和相位因子。
[0028]在一些实现方式中，所述初步确定极轨星座的轨道倾角范围、轨道高度范围，包括：
[0029]初步确定极轨星座的轨道倾角范围为80
°
～100
°
，初步确定极轨星座的轨道高度范围为700km～1500km。
[0030]在一些实现方式中，所述设定步长为10
°
。
[0031]在一些实现方式中，所述设计能够独立于低轨子星座进行导航工作且满足空间服务域需求的中高轨子星座，还包括：
[0032]将中轨子星座部署在利于提升当前时刻高轨子星座导航性能的轨道上；
[0033]在需要将中高轨子星座拓展到全球范围进行导航时，对中高轨子星座的卫星进行轨道调整，实现星座重构。
[0034]在一些实现方式中，所述设计能够独立于低轨子星座进行导航工作且满足空间服务域需求的中高轨子星座，还包括：
[0035]利用导航天线的主瓣边缘和旁瓣性能，提高星座卫星的空间服务域性能，以满足空间服务域需求。
[0036]本专利技术至少能够带来如下有益效果：
[0037]本专利技术的基于低中高轨的复杂异构导航星座实现方法，低轨子星座能够独立于中高轨星座实现导航功能；中高轨卫星也能够独立于低轨星座进行工作；低轨子星座设计包括：星座构型确定，轨道高度确定，轨道倾角的确定，卫星数目、轨道平面数和相位因子；星座实现方法的需求分析包括：空间服务域需求分析，导航战需求分析；中高轨星座卫星与低轨星座卫星通过星间链路链接传递信息，实现基于星间链路的高中低轨卫星一体化设计。
所实现的异构导航星座，一方面在星座系统正常的情况下，可利用低轨子星座对导航信号进行增强；另一方面在低轨(或中高轨)星座有卫星失效的情况下，可通过中高轨(或低轨)星座进行服务补充，保持服务区域的导航定位性能、服务可用性。
附图说明
[0038]为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本专利技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定。
[0039]图1是本专利技术具体实施方式提供的基于低中高轨的复杂异构导航星座实现方法的流程示意图；
[0040]图2是单星的覆盖情况的示意他；
[0041]图3是卫星信号空间服务几何示意图。
具体实施方式
[0042]下面将结合本专利技术实施例中附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本专利技术实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本专利技术的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于低中高轨的复杂异构导航星座实现方法，其特征在于，包括：确定复杂异构导航星座包括低轨子星座和中高轨子星座；设计能够独立于中高轨子星座进行导航工作的低轨子星座，包括：判断是否需要考虑南北极的覆盖：若不需要考虑南北极的覆盖，确定低轨子星座的构型包括低轨Walker星座，并设计低轨Walker星座的第一变量，所述第一变量包括轨道高度、轨道倾角、卫星数目、轨道面数和相位因子；若需要考虑南北极的覆盖，则确定低轨子星座的构型包括低轨Walker星座和极轨星座，设计低轨Walker星座的第一变量和极轨星座的第二变量，所述第二变量包括进动速度、回归轨道、极轨星座参数和升交点赤经；设计能够独立于低轨子星座进行导航工作且满足空间服务域需求的中高轨子星座，包括：确定中高轨子星座包括相互间独立进行导航工作的高轨子星座和中轨子星座；在高轨子星座和中轨子星座中，卫星间采用星间链路进行互联互通，以在部分卫星失效的情况下高轨子星座和中轨子星座也能够进行工作。2.根据权利要求1所述的基于低中高轨的复杂异构导航星座实现方法，其特征在于，所述设计低轨Walker星座的第一变量，包括：设计轨道高度，包括：初步估计轨道半径范围；运用回归条件估算卫星的回归圈数；再次利用回归条件计算卫星的运行周期；利用卫星的运行周期计算轨道半径，进而计算出轨道高度；设计轨道倾角，包括：针对南北极以外的覆盖地区设计轨道倾角；设计卫星数目、轨道平面数和相位因子。3.根据权利要求1所述的基于低中高轨的复杂异构导航星座实现方法，其特征在于，设计所述极轨星座的第二变量，包括：选择极轨星座的进动速度，使其与低轨Walker星座的进动速度保持一致；初步确定极轨星座的轨道倾角范围、轨道高度范围；选取极轨星座的回归轨道，并以轨道倾角范围和轨道高度范围为优化参数边界，选取覆盖性能增强效果最佳的极轨星座参数；以设定步长选取升交点赤经...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡敏，阮永井，薛文，张雅声，宿晨庚，孟轶男，云朝明，孙天宇，
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：