[发明专利]导航卫星星座的工程设计方法

权利要求书

1.一种导航卫星星座的工程设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：确定卫星轨道高度；

步骤2：以步骤1确定的卫星轨道高度作为已知值，确定卫星轨道倾角；

步骤3：确定卫星数量；

计算不同卫星数量下最优构型的PDOP可用性，以构型PDOP值可用性作为优选标准，选择导航性能优于设定值的卫星数量；在导航性能相当的情况下，选择数量最少的卫星数量；

步骤4：确定轨道面数与相位因子；

以步骤3确定的卫星数量为已知值，计算不同轨道面数与相位因子下构型的PDOP可用性，以构型PDOP值可用性作为优选标准，选择导航性能最优的轨道面数与相位因子；

步骤5：确定初始升交点赤经；

S5.1，计算现有GNSS星座构型的轨道面进动速度；

S5.2，根据现有GNSS的某一时刻第一轨道面的升交点赤经，计算得到发射时刻设计星座的初始升交点赤经，以获得与现有GNSS最优的兼容互操作能力；

步骤6：判断用户是否有采用GEO卫星进行区域增强的设计需求，如果没有，则直接转到步骤8；如果有，则执行步骤7；

步骤7，在确定GEO卫星数量的前提下，优化GEO卫星的站位，以构型的覆盖性能作为优选标准，选择覆盖性能最优的GEO卫星站位；其中，考虑空间轨位频率申请情况确定GEO卫星的轨位频率；然后转到步骤8；

步骤8，判断用户是否有采用IGSO卫星进行区域增强的设计需求，如果没有，则直接转到步骤9；如果有，则执行S8.1-S8.2；

S8.1，根据用户需求，选定IGSO卫星的轨道倾角、轨道偏心率和升交点地理经度；

S8.2，以覆盖性能、星间链路性能最优为优化目标，优化IGSO卫星的相位角，进而确定IGSO卫星的轨道面；其中，考虑空间轨位频率申请情况确定IGSO卫星的轨位频率；

步骤9：制定星座分阶段部署策略；

首先，明确运载火箭的发射能力；其次，以构型PDOP值可用性作为优选标准，以服务区的性能提升最优为优化目标，确定组网顺序和卫星站位，得到星座分阶段部署策略；

步骤10：制定星座备份策略，包括星座组网阶段备份策略和星座运行阶段备份策略；

其中，星座组网阶段备份策略通过以下方法获得：

首先考虑运载火箭的发射成功率；其次，根据步骤9制定的星座分阶段部署策略，计算不同备份方式下的组网成功概率；最后，根据组网成功概率标准，优化各种备份策略，得到最终制定得到的组网阶段备份策略；

星座运行阶段备份策略通过以下方法获得：

首先，确定边界约束条件，包括卫星可靠性、可恢复故障平均间隔、可恢复故障平均修复时间、卫星操作维持平均间隔以及卫星操作维持平均持续时间因素；

其次，以所确定的边界约束条件为变量建立星座可用性模型，分别制定星座运行阶段的地面备份策略和在轨备份策略。

2.根据权利要求1所述的导航卫星星座的工程设计方法，其特征在于，

步骤1：确定卫星轨道高度具体包括以下步骤：

S1.1，根据空间辐射环境影响筛选备选轨道，得到符合设定轨道高度范围的第一备选轨道集合；

S1.2，根据轨道回归特性和避免共振轨道要求对S1.1得到的第一备选轨道集合进一步筛选，得到可选择的第二备选轨道集合；

S1.3，从S1.2得到的第二备选轨道集合中排除现有GNSS系统已经使用的轨道，并考虑与现有GNSS系统的兼容性，得到可选择的与现有GNSS系统兼容的第三备选轨道集合；

S1.4，假定Walker星座其它参数，以构型PDOP值可用性作为优选标准，从所述第三备选轨道集合中选择导航性能优于设定值的第四轨道集合；再从第四轨道集合中选择回归天数最少的轨道，则所选择的回归天数最少的轨道高度值即为最终确定的卫星轨道高度。

3.根据权利要求2所述的导航卫星星座的工程设计方法，其特征在于，S1.1中，空间辐射环境影响包括：地球辐射带范艾伦带、内辐射带h∈[2000,8000]km和外辐射带h∈[15000,20000]km；为避免范艾伦带的干扰，S1.1所确定的第一备选轨道集合中，各卫星轨道高度大于20000km；

S1.2中，MEO卫星选择回归周期大于5恒星日，以符合避免田谐项的共振影响的要求。