一种Walker星座避免内部碰撞的最优相位因子选取方法技术

本发明专利技术公开了一种Walker星座避免内部碰撞的最优相位因子选取方法，包括设计并获取Walker星座各卫星的轨道半长轴、轨道倾角和近地点角距；获取Walker星座的卫星总数和轨道面数；根据Walker星座各卫星的轨道半长轴、偏心率和轨道倾角以及卫星总数和轨道面数，获取第i个轨道面与第一轨道面交点处的两个平近点角值；根据所述第i个轨道面与第一轨道面交点处的两个平近点角值，获取第i个轨道面上与此交点最近的卫星编号；根据所述第i个轨道面上与此交点最近的卫星编号，获取每个轨道面对第1轨道面的最小角距，取最小值，得到整个星座中任意两卫星的最小角距；遍历F＝0,

【技术实现步骤摘要】
一种Walker星座避免内部碰撞的最优相位因子选取方法


[0001]本专利技术涉及卫星运行轨迹的
，具体涉及一种Walker星座避免内部碰撞的最优相位因子选取方法。

技术介绍

[0002]近年来，海量的微小卫星在低轨空间组网构成宽带星座成为一大趋势。相较于传统的中高轨导航星座，卫星分布稠密，对地覆盖性能大大增强。所以在设计星座时，设计者往往更需要关注星座的安全运行情况，若星座可以以较小的碰撞概率安全运行，则海量的小卫星自然而然地可以保障覆盖性能。Walker星座是最常见的星座构型，使用参考码描述。其中星座卫星规模和轨道面数往往可以通过求解覆盖性能、通信质量、发射与部署成本等优化问题事先确定，相位因子F则直接影响了星座内任意两颗卫星的最小角距。因此，使星座运行最安全、内部碰撞概率最小的相位因子的选取问题亟待解决。

技术实现思路

[0003]针对现有技术的不足，本专利技术旨在提供一种Walker星座避免内部碰撞的最优相位因子选取方法，本专利技术采用了遍历求最值的方法，可以得到使Walker星座内卫星最为分散、碰撞概率最小的相位因子，应用本专利技术可以解决传统相位因子的选取更关注星座的覆盖性而非安全性的问题。
[0004]为了实现上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0005]一种Walker星座避免内部碰撞的最优相位因子选取方法，所述方法包括：
[0006]设计并获取Walker星座各卫星的轨道半长轴、轨道倾角和近地点角距；
[0007]设计并获取Walker星座的卫星总数和轨道面数；
[0008]根据Walker星座各卫星的轨道半长轴、偏心率和轨道倾角，以及卫星总数和轨道面数，获取第i个轨道面与第一轨道面交点处的两个平近点角值；
[0009]根据所述第i个轨道面与第一轨道面交点处的两个平近点角值，获取第i个轨道面上与此交点最近的卫星编号；
[0010]根据所述第i个轨道面上与此交点最近的卫星编号，获取每个轨道面对第1轨道面的最小角距，并取其中最小值，得到整个星座中任意两卫星的最小角距；
[0011]遍历F＝0,
…
,P
‑
1，重复上述过程，得到使整个星座中任意两卫星的最小角距最大的最优相位因子。
[0012]需要说明的是，所述Walker星座为二体引力作用下的圆轨道星座。
[0013]需要说明的是，在地心惯性坐标系下建立轨道面法线向量和升交点赤经向量，使用空间解析几何的方法求取第i个轨道面与第一轨道面交点处的两个平近点角值。
[0014]需要说明的是，第i个轨道面上与此交点最近的卫星编号为表示为：
[0015][0016]其中，j
c
表示第i个轨道面上与此交点最近的卫星的编号，和表示第i个轨道面与第1轨道面交点处的两个平近点角值T表示卫星总数，P表示轨道面数，式中方括号[f(x)]表示对函数f(x)取整，mod表示取模运算，π为圆周率。
[0017]需要说明的是，遍历轨道面编号从2到P，并取最小值以获取整个星座中任意两卫星的最小角距。
[0018]需要说明的是，遍历相位因子的所有可能取值F＝0,
…
,P
‑
1，以获取最优相位因子F
*
。
[0019]与现有技术相比，本专利技术最优化的是星座中任意卫星的最小距离，以达到星座运行最安全、内部碰撞概率最小的目标。
附图说明
[0020]图1为本专利技术的Walker星座内部避撞相位因子选取方法的流程图；
[0021]图2为本专利技术的Walker星座中任意两卫星最小角距的示意图。
具体实施方式
[0022]以下将对本专利技术作进一步的描述，需要说明的是，以下实施例以本技术方案为前提，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本专利技术的保护范围并不限于本实施例。
[0023]本专利技术为一种Walker星座避免内部碰撞的最优相位因子选取方法，所述方法包括：
[0024]设计并获取Walker星座各卫星的轨道半长轴、轨道倾角和近地点角距；
[0025]设计并获取Walker星座的卫星总数和轨道面数；
[0026]根据Walker星座各卫星的轨道半长轴、偏心率和轨道倾角，以及卫星总数和轨道面数，获取第i个轨道面与第一轨道面交点处的两个平近点角值；
[0027]根据所述第i个轨道面与第一轨道面交点处的两个平近点角值，获取第i个轨道面上与此交点最近的卫星编号；
[0028]根据所述第i个轨道面上与此交点最近的卫星编号，获取每个轨道面对第1轨道面的最小角距，并取其中最小值，得到整个星座中任意两卫星的最小角距；
[0029]遍历F＝0,
…
,P
‑
1，重复上述过程，得到使整个星座中任意两卫星的最小角距最大的最优相位因子。
[0030]进一步的，本专利技术的所述Walker星座为二体引力作用下的圆轨道星座。
[0031]进一步的，本专利技术在地心惯性坐标系下建立轨道面法线向量和升交点赤经向量，使用空间解析几何的方法求取第i个轨道面与第一轨道面交点处的两个平近点角值。
[0032]进一步的，在本专利技术中，第i个轨道面上与此交点最近的卫星编号为表示为：
[0033][0034]其中，j
c
表示第i个轨道面上与此交点最近的卫星的编号，和表示第i个轨道面与第1轨道面交点处的两个平近点角值T表示卫星总数，P表示轨道面数，式中方括号[f(x)]表示对函数f(x)取整，mod表示取模运算，π为圆周率。
[0035]进一步的，在本专利技术中，遍历轨道面编号从2到P，并取最小值以获取整个星座中任意两卫星的最小角距。
[0036]进一步的，在本专利技术中，遍历相位因子的所有可能取值F＝0,
…
,P
‑
1，以获取最优相位因子F
*
。
[0037]实施例1
[0038]如图1所示，本专利技术的Walker星座避免内部碰撞的最优相位因子选取方法包括如下步骤：
[0039]步骤1、设计并获取Walker星座各卫星的轨道倾角inc和近地点角距ω，将各卫星的近地点角距设为同样的值。
[0040]本实施例中涉及的卫星可以是低轨卫星，低轨卫星在距离地面200
‑
2000公里的轨道上运行。卫星可以指发射在太空中的人造卫星，用于军事目标探测、通讯服务、科学实验等任务。
[0041]根据实际任务需求，可确定Walker星座中各卫星的轨道倾角inc和近地点角距ω。
[0042]步骤2、设计并获取Walker星座的卫星总数T、轨道面数P、升交点初值Ω0和平近点角初值M0，并将相位因子F的初始值设为0。
[0043]其中，卫星总数T表征的是Walker星座中总共包含的卫星数量，轨道面数P表征的是Walker星座中总共包含的轨道面数，相位因子F表征Walker星座中异本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种Walker星座避免内部碰撞的最优相位因子选取方法，其特征在于，所述方法包括：设计并获取Walker星座各卫星的轨道半长轴、轨道倾角和近地点角距；设计并获取Walker星座的卫星总数和轨道面数；根据Walker星座各卫星的轨道半长轴、偏心率和轨道倾角，以及卫星总数和轨道面数，获取第i个轨道面与第一轨道面交点处的两个平近点角值；根据所述第i个轨道面与第一轨道面交点处的两个平近点角值，获取第i个轨道面上与此交点最近的卫星编号；根据所述第i个轨道面上与此交点最近的卫星编号，获取每个轨道面对第1轨道面的最小角距，并取其中最小值，得到整个星座中任意两卫星的最小角距；遍历F＝0,
…
,P
‑
1，重复上述过程，得到使整个星座中任意两卫星的最小角距最大的最优相位因子。2.根据权利1所述的Walker星座避免内部碰撞的最优相位因子选取方法，其特征在于，所述Walker星座为二体引力作用下的圆轨道星座。3.根据权利1所述的Walker星座避免内部碰撞的最优相位因子选取方法...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏博，周庆瑞，郑威，王辉，孙昌浩，邵将，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：