[发明专利]快速重访卫星轨道设计方法

权利要求书

1.一种快速重访卫星轨道设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S100：构建所述快速重访卫星轨道的设计模型，所述设计模型包括：所述轨道的回归圈数N和回归天数D，所述轨道的轨道倾角i和所述轨道的升交点从M点到P点时在轨卫星转过的整圈数n，其中，所述M点为在轨卫星升段过程中对地面目标点L访问时，所述轨道的升交点在赤道上的位置任意点；所述P点为在轨卫星降段过程中对所述目标点L访问时，所述轨道的升交点在赤道上的位置任意点；

步骤S200：在所述设计模型中带入无约束条件下优化得到的所述回归圈数N、所述回归天数D和所述整圈数n，计算得到所述快速重访卫星轨道的轨道倾角i；

步骤S300：将升交点进动角速度计算公式和升交点周期T_s计算公式带入所述设计模型中，得到所述轨道的轨道高度H计算公式，将所述步骤S200中得到的所述轨道倾角i带入所述轨道高度H计算公式中，计算得到所述轨道的轨道高度H；

步骤S400：获取所述目标点L的经度λ_L和纬度并将所述步骤S200中得到的所述轨道倾角i、所述回归圈数N和所述回归天数D，带入所述设计模型中，求解所述轨道的升交点赤经Ω；

步骤S500：依据计算得到的所述轨道高度H、所述轨道倾角i、所述升交点赤经Ω确定具有快速响应功能的所述快速重访卫星轨道；

以卫星在轨的重访时间为优化目标，所述重访时间计算公式：其中T为所述轨道的轨道周期；

设将所述重访时间公式对所述回归天数D、所述回归圈数N和所述整圈数n求偏导，得到在无约束条件下，所述轨道最优解对应的所述回归圈数N、所述回归天数D和所述整圈数n；

设所述轨道过顶目标点的升交点必须经过所述M点，同时设所述轨道的升交点重复交替地经过所述M点和P点，得到所述设计模型包括：

其中ω_e为地球自转角速度，为升交点进动角速度，T_s为升交点周期，i为轨道倾角，为目标点纬度，λ_L为目标点经度，n为轨道的升交点从M点到P点时在轨卫星转过的整圈数。

2.根据权利要求1所述的快速重访卫星轨道设计方法，其特征在于，所述M点的经度λ_a与所述目标点L经度λ_L和纬度所述P点的经度λ_P与所述目标点L经度λ_L和纬度分别满足下式：

3.根据权利要求2所述的快速重访卫星轨道设计方法，其特征在于，设所述轨道的升交点重复交替地经过所述M点和P点时，所述轨道为回归轨道，满足将该公式带入式2中得到：

将带入所述式3中得到所述设计模型公式。

4.根据权利要求3所述的快速重访卫星轨道设计方法，其特征在于，为使卫星过顶目标点升交点经过所述M点，升交点赤经Ω为：

5.根据权利要求1所述的快速重访卫星轨道设计方法，其特征在于，

将圆轨道的升交点进动角速度的计算公式和所述轨道的升交点周期T_s带入中得到所述轨道高度H的计算公式

其中，μ_e为地球引力系数，J₂为常数，a_e为地球半径，H为轨道高度，且有μ_e＝398603×10⁹m³/s²,J₂＝-1082.627×10^-6，a_e＝6378163m，ω_e为地球自转角速度，为升交点进动角速度，T_s为升交点周期，N为回归圈数，D为回归天数，i为轨道倾角。

6.根据权利要求5所述的快速重访卫星轨道设计方法，其特征在于，所述圆轨道的升交点进动角速度的计算公式为

7.根据权利要求5所述的快速重访卫星轨道设计方法，其特征在于，所述升交点周期T_s的计数公式为