【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及掩星探测，具体涉及一种用于大气掩星探测星座轨道倾角的设计方法。
技术介绍
1、掩星探测技术被认为是当前大气探测中最具有潜力的手段之一，可以全天候提供全球均匀分布的中性大气和电离层信息，具有高垂直分辨率、长期稳定、无需定标、全球覆盖、全天候等优势，其探测资料在数值天气预报、全球气候监测和空间天气预报等具有重大的意义，尤其是在提高数值天气预报精度方面具有重大应用潜力和前景。欧洲中尺度数值天气预报中心（ecmwf）分析表明，如果全球天气预报初始场数据有3%来自掩星探测资料，对数值天气预报的误差减小的贡献率是8%。
2、世界气象组织对全球数值天气预报的温度参数最低时间和空间分辨率需求是6小时和500公里×500公里。要达到上述要求，需要发射接近一百多颗搭载掩星探测仪的低轨卫星进行大气探测。但实际情况上，这个数量已经远超现在大多数国家的拥有量。例如，我国目前仅有几颗卫星搭载了掩星探测仪，还达不到上述时空覆盖率的要求。而在国际上，也仅有美国在掩星小卫星星座的发射上表现出快速发展态势，如美国的spire公司，已向太空发射了由超过110颗低轨小卫星组成的狐猴（lemur）星座，但其主要功能为气象掩星探测的微型也只有60颗左右。
3、目前，我国在单颗或多颗气象卫星设计方面已经很成熟，比如风云系列卫星，而在大规模的掩星星座，尤其是用于气象掩星探测的大气掩星探测星座，在设计方面存在欠缺。
技术实现思路
1、本专利技术意在提供一种用于大气掩星探测星座轨道倾角的设计方法
2、为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、一种用于大气掩星探测星座轨道倾角的设计方法，所述大气掩星探测星座由数量大于等于70颗的低轨卫星组成；包括以下步骤：
4、步骤一，设定三个设计指标：指标1为用来表征全球大气掩星事件覆盖性能的大气掩星事件栅格覆盖率，指标2为用来表征中低纬度大气掩星事件分布均匀程度的中低纬大气掩星事件的标准差，指标3为用来表征中国区域大气掩星事件密集程度的中国区域内大气掩星事件的密度分布；
5、步骤二，接收仿真数据：接收不同轨道倾角下的全球大气掩星事件分布经纬度仿真数据；
6、步骤三，计算指标结果：针对每个轨道倾角对应的全球大气掩星事件分布经纬度仿真数据，依次计算指标1、指标2和指标3，分别归一化对应计算结果后得到指标1结果、指标2结果和指标3结果；
7、步骤四，计算综合指标结果：针对每个轨道倾角，根据预设的最优指标（,,），分别对应三个指标结果计算综合指标d：
8、
9、其中，、、分别为预设的每个轨道倾角对应的最优指标1、最优指标2、最优指标3；
10、步骤五，得到最优倾角：对比所有轨道倾角对应的综合指标d，将最小的综合指标d所对应的轨道倾角作为最优倾角。
11、优选地，计算指标1大气掩星事件栅格覆盖率的内容如下：将全球分为200km×200km网格，统计掩星事件在网格中的个数，如果网格中掩星事件的个数大于0，说明该网格被覆盖，如果网格中的个数小于0，说明该网格没有被覆盖，按照以下公式分别统计不同轨道倾角下的全球掩星事件栅格覆盖率：
12、全球掩星事件栅格覆盖率=被覆盖的网格个数/全球总的网格个数。
13、优选地，计算指标2中低纬大气掩星事件的标准差的内容如下：
14、将中低纬度对应的两个轨道倾角之间的角度范围以2度为间隔划分成一个一个的纬度带，统计每个纬度带上的大气掩星事件的密度分布，
15、纬度带上大气掩星事件的密度分布=纬度带上大气掩星事件的总数/纬度带的面积；
16、然后，按照以下公式分别统计不同轨道倾角下中低纬大气掩星事件的标准差s：
17、
18、其中，为中低纬区间各个纬度带上的掩星事件总数，为中低纬区间的纬度带个数，为中低纬区间内所有纬度带上掩星事件的平均值。
19、优选地，指标3中国区域内大气掩星事件的密度分布计算内容如下：
20、将中国区域划分为200km200km的栅格，统计200km200km网格内的大气掩星事件的密度分布，并计算不同轨道倾角下的大气掩星事件密度的空间分布平均值：
21、中国区域200km200km栅格内的大气掩星事件的密度分布=栅格内的大气掩星事件的总数/栅格面积；
22、中国区域内大气掩星事件密度的空间分布平均值=中国区域200km200km栅格内的大气掩星事件的密度之和/中国区域内的栅格总数。
23、优选地，所述中国区域包含陆地区域和南海区域。
24、优选地，所述最优指标（，，）分别为（1，0，1）。
25、优选地，所述中低纬度指轨道倾角-6度到轨道倾角+6度之间的纬度范围。
26、本方案的优点在于：
27、影响星座探测效能的参数众多，相比于其他参数，轨道倾角的设计对探测效能的影响巨大，轨道倾角的选择会直接影响到的掩星探测的覆盖范围和空间分布。因此，急需针对大规模的大气掩星探测星座的轨道倾角，设计一种合理的方案使其探测效能最优。
28、本专利技术通过对三个设计指标的巧妙设置，聚焦全球大气掩星事件覆盖性能、中低纬度大气掩星事件分布均匀以及中国区域大气掩星事件密集程度这三个目标设计了相应的三个指标，并通过这三个指标建立了一个综合指标，通过综合指标的对比，能够快速地在超过70颗卫星组成的大规模大气掩星探测星座中找到使其探测效能最优的最优轨道倾角。
29、通过本专利技术能够以最小的计算量，仅在仿真数据的基础上，快速完成最优轨道倾角的设计，且使真实运行后的实际探测效能最佳。
30、相比小规模大气掩星探测星座，本设计方法设计得到的轨道倾角，能够保证在气象探测功能卫星总数最多的情况下进行最佳排布，将更加适合气象探测需求。从密切贴合气象应用需求的角度出发，本设计方法得到的倾角设计实现全球200km×200km×6小时的大气海洋数据需求，并且在中低纬度地区掩星探测较为密集，能够聚焦人类生活的密集区域，能够在满足人类主要活动区域的实时气象探测需求的同时，使卫星颗数最少，节约成本，维护和更换更加便于操作，能提高整个探测星座的可靠性与稳定性，且有助于降低成本的前提下，提高探测效益，有效弥补国内大规模大气掩星探测星座设计的空白。
31、此外，还能根据实际需求调整综合指标，调整最优指标，能够快速得到满足对应需求的倾角，使星座的探测效能最优，更好地满足实际的探测需求。
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1.一种用于大气掩星探测星座轨道倾角的设计方法，其特征在于，所述大气掩星探测星座由数量大于等于70颗的低轨卫星组成；包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于大气掩星探测星座轨道倾角的设计方法，其特征在于，计算指标1大气掩星事件栅格覆盖率的内容如下：将全球分为200km×200km网格，统计掩星事件在网格中的个数，如果网格中掩星事件的个数大于0，说明该网格被覆盖，如果网格中的个数小于0，说明该网格没有被覆盖，按照以下公式分别统计不同轨道倾角下的全球掩星事件栅格覆盖率：
3.根据权利要求1所述的用于大气掩星探测星座轨道倾角的设计方法，其特征在于，计算指标2中低纬大气掩星事件的标准差的内容如下：
4.根据权利要求1所述的用于大气掩星探测星座轨道倾角的设计方法，其特征在于，指标3中国区域内大气掩星事件的密度分布计算内容如下：
5.根据权利要求4所述的用于大气掩星探测星座轨道倾角的设计方法，其特征在于，所述中国区域包含陆地区域和南海区域。
6.根据权利要求1所述的用于大气掩星探测星座轨道倾角的设计方法，其特征在于，所述最优指标
7.根据权利要求3所述的用于大气掩星探测星座轨道倾角的设计方法，其特征在于，所述中低纬度指轨道倾角-6度到轨道倾角+6度之间的纬度范围。
...【技术特征摘要】
1.一种用于大气掩星探测星座轨道倾角的设计方法，其特征在于，所述大气掩星探测星座由数量大于等于70颗的低轨卫星组成；包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的用于大气掩星探测星座轨道倾角的设计方法，其特征在于，计算指标1大气掩星事件栅格覆盖率的内容如下：将全球分为200km×200km网格，统计掩星事件在网格中的个数，如果网格中掩星事件的个数大于0，说明该网格被覆盖，如果网格中的个数小于0，说明该网格没有被覆盖，按照以下公式分别统计不同轨道倾角下的全球掩星事件栅格覆盖率：
3.根据权利要求1所述的用于大气掩星探测星座轨道倾角的设计方法，其特征在于，计算指标2中...
【专利技术属性】
技术研发人员：唐琪，李蓉蓉，李磊，胡子瞻，周易，唐跃川，张尧，
申请(专利权)人：航天天目重庆卫星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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