地月L2点Halo轨道的中继网络、构建方法及控制方法技术

本申请公开了一种地月L2点Halo轨道的中继网络，所述中继网络包括至少两颗中继卫星，所述中继网络通过所述至少两颗中继卫星建立月球背面的各月背源节点与地球之间的通信链路，所述至少两颗中继卫星的运行轨道均为绕地月的拉格朗日2点的Halo轨道，所述至少两颗中继卫星对月球背面全覆盖。本申请通过在L2点Halo轨道布置至少两颗中继卫星，并通过至少两颗中继卫星建立月球背面的各月背源节点与地球之间的通信链路，使得月球背面的各月背源节点均可以与地面实时通信，从而避免了因月背源节点未实时被中继卫星覆盖所带来的月背探测带来风险。带来风险。带来风险。

Relay network, construction method and control method of halo orbit at L2 point of Earth Moon

【技术实现步骤摘要】
地月L2点Halo轨道的中继网络、构建方法及控制方法


[0001]本申请涉及航空航天
，特别涉及一种地月L2点Halo轨道的中继网络、构建方法及控制方法。

技术介绍

[0002]月球是地球的自然卫星，具有重要的科研和工程价值，然而受到潮汐力的影响，月球的自转周期和公转同步，导致月球背面始终不可见，为了实现月球背面探测，需要在地月L2点附近部署中继星，实现中继通讯。然而，现有进行月背探测的地月L2点Halo轨道中继网络是利用单颗Halo轨道卫星，由于Halo轨道的周期长达14天左右，且单颗卫星在每一时刻能覆盖的月背面积只能达到65％左右，使得每一时刻月背均存在部分未被覆盖区域，部分未被覆盖区域的月背源节点如果进行通信则需要等待的时间可以长达几天，给月背探测带来风险。
[0003]因而现有技术还有待改进和提高。

技术实现思路

[0004]本申请要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足，提供一种地月L2点Halo轨道的中继网络、构建方法及控制方法。
[0005]为了解决上述技术问题，本申请实施例第一方面提供了一种地月L2点Halo轨道的中继网络，所述中继网络包括至少两颗中继卫星，所述中继网络通过所述至少两颗中继卫星建立月球背面的各月背源节点与地球之间的通信链路，所述至少两颗中继卫星的运行轨道均为绕地月的拉格朗日2点的Halo轨道，所述至少两颗中继卫星对月球背面全覆盖。
[0006]所述的月L2点Halo轨道的中继网络，其中，所述至少两颗中继卫星为两颗中继卫星，两颗中继卫星分别位于南族Halo轨道和北族Halo轨道，两颗中继卫星的初始相位相同且运动方向相反。
[0007]所述的月L2点Halo轨道的中继网络，其中，所述至少两颗中继卫星的运行轨道的轨道幅值均为13000km。
[0008]本申请实施例第二方面提供了一种地月L2点Halo轨道的中继网络的构建方法，所述方法包括：
[0009]对月球背面进行网格划分得到若干网格点，将预设幅值的Halo轨道等分为若干轨道点；
[0010]对于若干轨道点中的每个轨道点，确定所述轨道点与各网格点的月面观测角，并基于各网格点的月面观测角确定所述轨道点的月背覆盖比例；
[0011]基于各轨道点各自对应的月背覆盖比例，确定Halo轨道在预设幅值下的目标月背覆盖比例；
[0012]基于中继卫星波束约束角及距离约束，确定所述预设幅值的幅值范围：
[0013]以所述目标覆盖比例以及轨道幅值范围为约束条件，构建地月L2点Halo轨道的中
继网络。
[0014]所述的地月L2点Halo轨道的中继网络的构建方法，其中，所述中继卫星波束角约束包括月球
‑
地球
‑
中继卫星形成的波束夹角，和地球
‑
卫星
‑
月背源节点形成的波束夹角；所述距离约束包括中继卫星与月背源节点之间的相对距离。
[0015]所述的地月L2点Halo轨道的中继网络的构建方法，其中，所述对于若干轨道点中的每个轨道点，确定所述轨道点与各网格点的月面观测角，并基于各网格点的月面观测角确定所述轨道点的月背覆盖比例具体包括：
[0016]对于若干轨道点中的每个轨道点，确定所述轨道点与各网格点的月面观测角；
[0017]基于最小仰角以及各网格点各自对应的月面观测角，确定所述轨道点可覆盖的目标网格点；
[0018]将确定目标网格点以及划分的若干网格点确定所述轨道点的月背覆盖比例。
[0019]所述的地月L2点Halo轨道的中继网络的构建方法，其中，所述约束条件包括预设幅值包含于轨道幅值范围和目标覆盖比例最大。
[0020]本申请实施例第三方面提供了一种地月L2点Halo轨道的中继网络的控制方法，其特征在于，应用如上所述的地月L2点Halo轨道的中继网络，所述的控制方法包括：
[0021]以系统能量效率为因变量构建目标函数，其中，所述系统能量效率用于反映单位功率效率的有效输出数据量；
[0022]以月背源节点的服务质量以及系统最大功率为约束条件，系统能量效率最大为目标求解所述目标函数，以得到月背源节点对应的中继卫星、月背源节点对应的第一发射功率以及中继卫星的第二发送功率；
[0023]控制各月背源节点与其对应的中继卫星通信，并将各月背源节点的发送功率控制为各自对应的第一发射功率，以及将各中继卫星的发送功率控制为各自对应的第二发送功率。
[0024]所述的地月L2点Halo轨道的中继网络的控制方法，其中，所述目标函数的表达式为：
[0025][0026][0027][0028]其中，λ
EE
表示系统能量效率，U(P
(s)
,P
(r)
,X,Z)表示系统功率消耗，R(P
(s)
,P
(r)
,X,Z)表示系统总传输速度；P
fixed
表示中继卫星的固定损耗，P
(s)
表示月背源节点的功率分配策略，P
(r)
表示中继节点的功率分配策略，X表示中继卫星的选择策略，Z表示月背源节点被中继卫星覆盖的覆盖因子，x
kn
表示月背源节点s
n
选择中继节点r
k
进行协作通信的选择变量；z
kn
表示月背源节点s
n
被中继节点r
k
覆盖的覆盖因子；ω
n
表示月背源节点s
n
的权重因子，c
kn
表示月背源节点的传输速率，K表示中继卫星的数量，N表示月背源节点的数量。
[0029]所述的地月L2点Halo轨道的中继网络的控制方法，其中，所述目标函数的求解过程具体包括：
[0030]将所述目标函数中的选择变量进行二元变量松弛，以得到分式目标函数；
[0031]引入系统最大能量效率，将所述分式目标函数转换为减式目标函数，求解所述减式目标函数以得到月背源节点对应的中继卫星、月背源节点对应的第一发射功率以及中继卫星的第二发送功率。
[0032]本申请实施例第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有一个或者多个程序，所述一个或者多个程序可被一个或者多个处理器执行，以实现如上所述的地月L2点Halo轨道的中继网络的构建方法中的步骤，和/或以实现如上所述的地月L2点Halo轨道的中继网络的控制方法中的步骤。
[0033]本申请实施例第五方面提供了一种电子设备，其包括：处理器、存储器及通信总线；所述存储器上存储有可被所述处理器执行的计算机可读程序；
[0034]所述通信总线实现处理器和存储器之间的连接通信；
[0035]所述处理器执行所述计算机可读程序时实现如上所述的地月L2点Halo轨道的中继网络的构建方法中的步骤，和/或实现如上所述的地月L2点Halo轨道的中继网络的控制方法中本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地月L2点Halo轨道的中继网络，其特征在于，所述中继网络包括至少两颗中继卫星，所述中继网络通过所述至少两颗中继卫星建立月球背面的各月背源节点与地球之间的通信链路，所述至少两颗中继卫星的运行轨道均为绕地月的拉格朗日2点的Halo轨道，所述至少两颗中继卫星对月球背面全覆盖。2.根据权利要求1所述的月L2点Halo轨道的中继网络，其特征在于，所述至少两颗中继卫星为两颗中继卫星，两颗中继卫星分别位于南族Halo轨道和北族Halo轨道，两颗中继卫星的初始相位相同且运动方向相反。3.根据权利要求1或2所述的月L2点Halo轨道的中继网络，其特征在于，所述至少两颗中继卫星的运行轨道的轨道幅值均为13000km。4.一种地月L2点Halo轨道的中继网络的构建方法，其特征在于，所述方法包括：对月球背面进行网格划分得到若干网格点，将预设幅值的Halo轨道等分为若干轨道点；对于若干轨道点中的每个轨道点，确定所述轨道点与各网格点的月面观测角，并基于各网格点的月面观测角确定所述轨道点的月背覆盖比例；基于各轨道点各自对应的月背覆盖比例，确定Halo轨道在预设幅值下的目标月背覆盖比例；基于中继卫星波束约束角及距离约束，确定所述预设幅值的幅值范围：以所述目标覆盖比例以及轨道幅值范围为约束条件，构建地月L2点Halo轨道的中继网络。5.根据权利要求4所述的地月L2点Halo轨道的中继网络的构建方法，其特征在于，所述中继卫星波束角约束包括月球
‑
地球
‑
中继卫星形成的波束夹角，和地球
‑
卫星
‑
月背源节点形成的波束夹角；所述距离约束包括中继卫星与月背源节点之间的相对距离。6.根据权利要求4所述的地月L2点Halo轨道的中继网络的构建方法，其特征在于，所述对于若干轨道点中的每个轨道点，确定所述轨道点与各网格点的月面观测角，并基于各网格点的月面观测角确定所述轨道点的月背覆盖比例具体包括：对于若干轨道点中的每个轨道点，确定所述轨道点与各网格点的月面观测角；基于最小仰角以及各网格点各自对应的月面观测角，确定所述轨道点可覆盖的目标网格点；将确定目标网格点以及划分的若干网格点确定所述轨道点的月背覆盖比例。7.根据权利要求4所述的地月L2点Halo轨道的中继网络的构建方法，其特征在于，所述约束条件包括预设幅值包含于轨道幅值范围和目标覆盖比例最大。8.一种地月L2点Halo轨道的中继网络的控制方法，其特征在于，应用如权利要求1
‑
3任意所述的地月L2点Halo轨道的中继网络，所述的控制方法包括：以系统能量效率为因变量构建目标函数，其中，所述系统能量效率用于反映单位功率效率的有效输出数据量；以月背源节点的服务质量以及系统最大功率为约束条件，系统能量效率最大为目标求解所述目标函数，以得到月背源节点对应的中继卫星、月背源节点对应的第一发射功率以及中继卫星的第二发送功率；...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨志华，苑阿芳，徐运来，
申请(专利权)人：鹏城实验室，
类型：发明
国别省市：