[发明专利]鸟巢式星座及其设计方法

说明书

技术领域

本发明涉及航天飞行器总体设计领域，特别涉及一种鸟巢式星座及其设 计方法。

背景技术

目前，传统的星座设计多采用walker、δ星座等设计方法，将多颗卫星 分布在轨道参数基本相同的几个轨道面上(升交点赤经均匀分布)，每个轨 道面再均匀分布几颗卫星(相位均匀分布)。该方法简化了星座的轨道设计， 具有易操作、星座构型直观等特点。然而另一方面，简化的星座设计使得其 抗毁伤能力极弱，敌意目标仅需要极小的代价(例如，燃料消耗等)即可实 现对多个目标的批量破坏。从星座防护角度分析，传统的简化星座设计无法 满足未来空间装备的生存需求。

鸟巢式星座顾名思义，是将卫星在星座中的分布设计为类似鸟巢的形式。 星座中卫星的轨道分布看似杂乱，实则遵循一定规律。以导航功能星座为例， 鸟巢式星座的导航精度与传统星座基本一致，但各卫星间的轨道不再完全近 似，使得敌意行动所需的代价将有所增加，再通过各卫星本身的机动能力， 可使得星座生存能力进一步增强。由此可见，新型星座在不影响星座功能的 前提下，可在一定程度上提高运行鲁棒性。

发明内容

本发明的目的在于解决一种具有较高生存能力的星座设计问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了一种鸟巢式星座设计方法，包括以 下步骤：

S1、确定星座标称虚拟轨道面的总数M和每个所述标称虚拟轨道面周边 分布的卫星数N_j，所述j为大于等于1且小于等于M的整数，所述j的初始 值为1；

S2、在惯性坐标系下，以oxy平面为基准，设计第j个标称虚拟轨道面 周边的卫星轨道参数；

S3、将卫星轨道参数根据坐标变换矩阵旋转至所述第j个标称虚拟轨道 面周边；

S4、取所述j＝j+1，若所述j大于所述M，执行步骤S5，若所述j小于 或者等于所述M，执行步骤S2；

S5、生成星座中所有卫星的轨道参数。

进一步的，步骤S2中所述的卫星轨道参数包括：

N_j颗卫星在标称虚拟轨道面内的相位分布角Φ_j,k；

各卫星偏离标称虚拟轨道的倾斜角度I_j,k；

各卫星轨道偏离标称虚拟轨道的偏心率E_j,k；

其中所述k为大于等于1且小于等于N_j的整数。

作为优选的，所述倾斜角度I_j,k为5°，所述偏心率E_j,k为0.03765，卫星 在所述标称虚拟轨道面内均匀分布。

进一步的，步骤S3中所述的坐标变换矩阵包括：

由所述惯性坐标系的oxy基准平面旋转至第j个所述标称虚拟轨道面所 需的升交点赤经角Ω_j；

由所述惯性坐标系的oxy基准平面旋转至第j个所述标称虚拟轨道面所 需的轨道倾角i_j；

由所述惯性坐标系的oxy基准平面旋转至第j个所述标称虚拟轨道面所 需的近地点角距ω_j；

由所述惯性坐标系的oxy基准平面旋转至第j个所述标称虚拟轨道面所需的相位调整角

进一步的，所述坐标变换矩阵为

作为优选的，所述轨道倾角i_j为55°。

作为优选的，所述相位调整角的调整差值为±35°。

作为优选的，所述近地点角距ω_j为0°。

作为优选的，所述标称虚拟轨道面的升交点在oxy基准平面内均匀分布。

本发明还提供了一种鸟巢式星座，运用了上述任意一项所述的方法设计 得到，其特征在于，所述鸟巢式星座的GDOP值在2.1以下。

本发明相比现有的卫星星座，除了星座的区域覆盖性能相近外，可降低 星座内多目标同时被破坏的风险，提高系统的鲁棒性。

附图说明

图1为本发明中鸟巢式星座设计方法的步骤流程图。

图2为本发明中星座在J2000坐标系下星座轨道示意图。

图3为本发明中经坐标变换后的星座轨道。

图4为本发明中鸟巢式星座的结构示意图。

图5为本发明中鸟巢式星座的GDOP性能分析图。

具体实施方式