一种航天器轨道及星座设计与优化软件系统的遥感卫星轨道设计方法技术方案

本发明专利技术提出一种航天器轨道及星座设计与优化软件系统的遥感卫星轨道设计方法，属于航天器轨道及星座设计领域，首先根据地面平均像元分辨率、地面幅宽、轨道维持和机动能力等飞行任务需求，确定轨道高度范围，然后根据成像光照情况和太阳翼光照条件要求，确定轨道降交点地方时，最后根据覆盖周期以及重访周期的要求，进行回归轨道筛选，确定卫星轨道参数，建立了一套完整的遥感卫星轨道设计技术流程，解决了航天器轨道及星座设计与优化软件系统的遥感卫星轨道设计算法实现问题，并且可直接应用于航天器轨道及星座设计与优化软件系统的遥感卫星轨道设计软件模块，软件模块既支持独立闭环，又支持提供系统集成，有利于促进国内有显著影响力的软件产品研制进程。显著影响力的软件产品研制进程。显著影响力的软件产品研制进程。

【技术实现步骤摘要】
一种航天器轨道及星座设计与优化软件系统的遥感卫星轨道设计方法


[0001]本专利技术涉及一种航天器轨道及星座设计与优化软件系统的遥感卫星轨道设计方法，用于根据遥感卫星的飞行使命任务来确定合理的标称轨道参数，属于航天器轨道及星座设计领域。

技术介绍

[0002]自上世纪90年代至今，国外已经形成了一批成熟的轨道动力学软件，如STK、FreeFlyer、JAQAR等，这些软件成熟度和可靠性好，已经成为航天任务分析与设计中不可缺少的关键工具。尤其是欧美等航天强国，已经形成了内部软件、商业软件和开源软件相结合的完善的航天器轨道设计软件系列。
[0003]近年来，随着我国航天技术的进步，我国在通、导、遥和深空探测等多个领域的轨道设计技术方面取得了长足发展，地球轨道设计方法基本成熟。

技术实现思路

[0004]本专利技术的技术解决问题是：面向国内尚未形成国产自主轨道软件商业的问题，克服目前航天界商用标准龙头软件STK在轨道设计功能上的不足，专利技术一种航天器轨道及星座设计与优化软件系统的遥感卫星轨道设计方法，直接服务于航天器轨道及星座设计与优化软件系统的遥感卫星轨道设计软件模块。
[0005]本专利技术的技术解决方案是：一种航天器轨道及星座设计与优化软件系统的遥感卫星轨道设计方法，面向绝大多数遥感采用的卫星太阳同步轨道，首先根据地面平均像元分辨率、地面幅宽、轨道维持和机动能力等飞行任务需求，确定轨道高度范围，然后根据成像光照情况和太阳翼光照条件要求，确定轨道降交点地方时，最后根据覆盖周期以及重访周期的要求，进行回归轨道筛选，确定卫星轨道参数。
[0006]设计步骤如下：
[0007]一、确定遥感卫星轨道设计需求；
[0008]二、确定遥感卫星轨道设计特点；
[0009]三、确定遥感卫星轨道选择原则；
[0010]四、根据地面平均像元分辨率、地面幅宽、轨道维持和机动能力等飞行任务需求，确定轨道高度范围；
[0011]五、根据成像光照情况和太阳翼光照条件要求，确定轨道降交点地方时；
[0012]六、根据覆盖周期以及重访周期的要求，进行回归轨道筛选，确定卫星轨道参数。
[0013]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0014]一、本专利技术方法系统地梳理了经工程验证的遥感卫星轨道设计任务需求分析与轨道设计方法，建立了一套完整的遥感卫星轨道设计技术流程，解决了航天器轨道及星座设计与优化软件系统的遥感卫星轨道设计算法实现问题；
[0015]二、本专利技术方法提出的遥感卫星轨道设计方法，可直接应用于航天器轨道及星座设计与优化软件系统的遥感卫星轨道设计软件模块，软件模块既支持独立闭环，又支持提供系统集成，集成后的航天器轨道及星座设计与优化软件系统弥补了目前航天界商用标准龙头软件STK在轨道设计功能上的不足，有利于促进国内有显著影响力的软件产品研制进程；
[0016]三、本专利技术形成一套规范化、标准化的轨道专业技术体系，探索一条国产大型工业软件的研发道路，为我国工业软件研制的技术管理流程提供示范。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的遥感卫星回归轨道筛选流程图；
[0018]图2为本专利技术的遥感卫星轨道高度范围确定流程图；
[0019]图3为本专利技术的遥感卫星重访周期计算流程图。
具体实施方式
[0020]为了使本专利技术的目的及优点更加清楚明白，以下结合实施例对本专利技术进行具体说明。应当理解，以下文字仅仅用以描述本专利技术的一种或几种具体的实施方式，并不对本专利技术具体请求的保护范围进行严格限定。
[0021]实施例
[0022]一种航天器轨道及星座设计与优化软件系统的遥感卫星轨道设计方法，面向绝大多数遥感采用的卫星太阳同步轨道，首先根据地面平均像元分辨率、地面幅宽、轨道维持和机动能力等飞行任务需求，确定轨道高度范围，然后根据成像光照情况和太阳翼光照条件要求，确定轨道降交点地方时，最后根据覆盖周期以及重访周期的要求，进行回归轨道筛选，确定卫星轨道参数，具体方法如下：
[0023]一、确定遥感卫星轨道设计需求
[0024]针对遥感卫星应用特点，其主要任务需求为：
[0025]A1.全球覆盖光学遥感成像需求：卫星覆盖纬度范围主要取决于轨道倾角，姿态机动能力可进一步扩展成像范围，由于姿态机动能力可扩展的成像范围有限，因此全球覆盖一般需要极轨道或者近极轨道。
[0026]A2.高分辨率、大幅宽和快速重访需求：轨道高度选择受分辨率要求约束，当卫星有效载荷光学相机的像元尺寸以及焦距确定后，轨道高度越高，分辨率越低。高分辨率光学成像遥感卫星由于其要求地面平均像元分辨率高的特点，受相机与卫星规模约束，相机成像带宽一般比较窄，通常为几公里至十几公里，对于这种遥感卫星，要求对全球范围的目标进行重复星下点观测就会导致回归周期特别长，一般通过姿态机动实现快速重访。轨道高度加上姿态机动能力决定卫星重访特性，也决定卫星综合效能，如500km高度的卫星，姿态侧摆
±
35
°
可实现5天重访，680km高度的卫星，姿态侧摆
±
60
°
可实现1天重访。
[0027]A3.太阳高度角需求：对地面目标进行光学成像工作时，其地面目标应满足一定的光照条件，即满足太阳高度角的要求。太阳高度角是指太阳光线相对于当地地平的仰角，是光学成像遥感的一个重要的参数，通常要求范围在10
°
～70
°
。从这个角度来说，选择一条光照条件稳定的轨道对于光学成像遥感卫星是非常有利的。
[0028]A4.轨道机动与维持需求：光学成像遥感卫星的设计寿命一般都在三年以上。低轨卫星受大气阻力影响，高度将不断降低，需定期进行维持。轨道高度越低，轨道高度维持的燃料消耗越多。因此，选择轨道高度时，需要将卫星推进剂携带能力作为考虑因素之一。
[0029]二、确定遥感卫星轨道设计特点
[0030]根据高分辨率光学成像遥感卫星的任务需求，其轨道设计有以下特点：
[0031]B1.优先选择10:30、13:30的太阳同步轨道：太阳同步轨道是近极轨道，可实现全球覆盖，并且太阳同步轨道的最大优点是太阳射线与轨道平面之间的角度变化范围不大，正好同时满足光学遥感卫星的的全球覆盖和遥感成像任务需求。此外，太阳射线与轨道平面之间的角度变化范围不大也有利于总体设计，特别是星上能源控制及热控系统。
[0032]工程上光学遥感卫星采用较多的是降交点地方时为10:30、13:30的太阳同步轨道，这是因为这两个降交点地方时的轨道对应满足成像光照条件的地区最广，一年中可成像天数最多，是影响全球覆盖和遥感成像任务的因素之一。
[0033]对于多星组网的应用，同一降交点地方时轨道的多星组网将会限制重访效能的提高，因此适当牺牲可成像太阳高度角，增加降交点地方时部署是非常有必要的。一般来说，降交点地方时在9:00～15:00范围选择。
[0034]B本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种航天器轨道及星座设计与优化软件系统的遥感卫星轨道设计方法，包括以下步骤：一、确定遥感卫星轨道设计需求；二、确定遥感卫星轨道设计特点；三、确定遥感卫星轨道选择原则；四、根据地面平均像元分辨率、地面幅宽、轨道维持和机动能力及其他飞行任务需求，确定轨道高度范围；五、根据成像光照情况和太阳翼光照条件要求，确定轨道降交点地方时；六、根据覆盖周期以及重访周期的要求，进行回归轨道筛选，确定卫星轨道参数。2.根据权利要求1所述的一种航天器轨道及星座设计与优化软件系统的遥感卫星轨道设计方法，其特征在于：所述步骤一中遥感卫星轨道设计需求分为：A1.全球覆盖光学遥感成像需求；A2.高分辨率、大幅宽和快速重访需求；A3.太阳高度角需求；A4.轨道机动与维持需求。3.根据权利要求1所述的一种航天器轨道及星座设计与优化软件系统的遥感卫星轨道设计方法，其特征在于：所述步骤二中遥感卫星轨道设计特点为：B1.选择适当的太阳同步轨道；B2.轨道高度与分辨率的综合权衡；B3.大范围姿态机动实现高重访。4.根据权利要求1所述的一种航天器轨道及星座设计与优化软件系统的遥感卫星轨道设计方法，其特征在于：所述步骤三中遥感卫星轨道选择太阳同步回归轨道，轨道类型确定后，根据分辨率、幅宽、重访和太阳高度角及其他需求确定轨道参数：C1.地面平均像元分辨率的考虑：轨道高度H须满...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄美丽，田百义，冯昊，赵峭，周静，钟奇，江海，曾蕴波，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：