[发明专利]一种快速重访离散目标的低轨卫星轨道设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低轨卫星星座组网轨道构型设计方法，适用于针对离散分布在全球不同位置的多个特定地面目标，设计一种最优化的星座组网轨道构型，实现用最少的卫星数目对这些离散地面目标最快速的重复侦察。

背景技术

自从20世纪40年代英国人Clark A C首次提出卫星星座组网的概念以来，关于全球覆盖星座组网的设计问题已经发表了大量的文献，并在工程实际中得到应用，如美国GPS导航星座、Iridium通信星座等。在重点区域覆盖的星座组网问题方面也进行了较多研究，俄罗斯的Molniya通信星座，我国的北斗二代导航星座一期工程等均是重点区域覆盖星座组网的实际应用。

还有一类有别于全球覆盖与重点区域覆盖的卫星星座组网，即对特定的在全球范围内离散分布的多个地面目标进行覆盖的卫星星座组网问题，比如对敌方离散分布于全球不同位置的多个重要军事基地进行光学或电子侦察，这类应用具有如下特点：

（1）主要覆盖对象为离散分布在全球不同位置的多个特定目标；

（2）卫星应用目的通常是对目标的光学或电子侦察，适宜采用低轨道。

（3）为了满足特定时期以较高频率动态更新对目标侦察信息的要求，卫星组网应当对离散分布于全球的多个目标快速重访。

对于具有上述特点的可快速重访离散目标的卫星组网构型设计方法，目前国内外还没有相关公开文献报道或专利报道。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种可访问分布在全球不同位置的离散目标卫星轨道设计方法。

本发明进一步解决的技术问题是：提出了最优的快速重访离散目标的低轨卫星组网部署方法，可用最少的卫星数目实现对离散分布在全球不同位置的多个特定地面目标最快速的重复侦察。

本发明的技术解决方案是：一种快速重访离散目标的低轨卫星轨道设计方法，步骤如下：

（1）确定卫星轨道倾角，该倾角不低于地面目标的最高纬度L_max；

（2）卫星轨道选择为圆轨道，偏心率为0

（3）根据地面目标执行侦察任务，确定轨道的回归周期，利用该回归周期确定卫星轨道半长轴，进而确定轨道高度；

（4）根据卫星轨道的升轨段及降轨段星下点经过地面目标所对应的轨道升交点经度，分别确定升轨段和降轨段理想的卫星轨道升交点经度，以设计的卫星轨道升交点经度L与各地面目标升轨段和降轨段理想的卫星轨道升交点经度差值之和最小为目标进行优化，确定卫星轨道的升交点经度为L；

（5）利用上述确定的轨道倾角、圆轨道及其偏心率、轨道高度以及卫星轨道的升交点经度完成卫星轨道设计。

在步骤（5）之后增加步骤（6），在步骤（6）中进行卫星组网构型设计，组网运行的每颗卫星的星下点轨迹与步骤（5）中设计的卫星轨道星下点轨迹相同，然后以组网运行的各颗卫星飞经各个地面目标上空的时间为设计变量，以卫星组网对各个地面目标打击窗口最长间隔之和达到最小为优化目标进行优化，完成卫星组网构型设计。

所述步骤（4）的具体实现步骤如下：

（4.1）为L赋初值0°；

（4.2）求出L与升轨段经过目标的轨道升交点经度的差值，记为min_T1A；

（4.3）将L按照ΔL的幅值向西进动，每次进动后计算进动后的值与升轨段经过目标1的轨道升交点经度的差值，将该值与min_T1A进行比较，若该值小于min_T1A，则将min_T1A更新为该值；

（4.4）重复步骤（4.3），直至卫星回归，从中确定1个最小的min_T1A值；

（4.5）恢复L的初值；

（4.6）求出L与降轨段经过目标的轨道升交点经度的差值，记为min_T1D；

（4.7）将L按照ΔL的幅值向西进动，每次进动后计算进动后的值与降轨段经过目标1的轨道升交点经度的差值，将该值与min_T1D进行比较，若该值小于min_T1D，则将min_T1D更新为该值；

（4.8）重复步骤（4.7），直至卫星回归，从中确定1个最小的min_T1D值；