[发明专利]一种导航卫星低轨监测星座的优化设计方法

权利要求书

1.一种导航卫星低轨监测星座的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：需求及约束条件分析；

分析导航卫星低轨监测星座的设计需求，明确导航卫星低轨监测星座的轨道高度、星座类型的设计约束，为星座设计提供输入；包括星座基本构型的选择，及通过分析国内低轨卫星类型和太阳同步轨道属性进行轨道类型的选择；作为天基监测站的低轨卫星存在优化的问题，一是合理利用现有低轨卫星，存在对现有卫星的选择问题；二是构建用于导航卫星监测的小卫星监测星座，星座构型需要优化设计以达到最优监测能力；

步骤2：评价准则构建；

对星座设计评价准则进行分析，得出影响星座设计的关键指标，提出监测站覆盖性能因子、星座轨道、卫星数量的量化关系，为星座设计提供依据；

监测站覆盖性能因子定义为：

监测站覆盖性能因子代表能够观测到的卫星监测站数量占卫星总数的百分比；为了研究卫星总数对覆盖因子影响的趋势，计算不同卫星总数的平均覆盖因子及相应性能因子；由于最小覆盖因子对于星座监测站的功能有最大的影响，因此着重研究最小覆盖因子及相应性能因子，包括最小覆盖因子的最大值和最小值；

步骤3：导航卫星低轨监测星座优化设计；

考虑建设成本、卫星测控系统约束，对导航卫星低轨监测星座的轨道高度、倾角、卫星数量、轨道面数与相位因子进行优化设计，分析不同星座参数对监测站覆盖性能因子的影响规律，选取多邻域改进粒子群算法，开展导航卫星低轨监测星座标称方案的综合评价研究；

步骤4：综合验证；低轨监测星座的优化设计问题属于多目标优化问题，低轨监测星座设计的最优目标为卫星总数最小，轨道面数最小，最小覆盖因子最大，且相应的覆盖性能因子最大；选取多邻域改进粒子群算法，对该问题进行优化求解。

2.根据权利要求1所述的导航卫星低轨监测星座的优化设计方法，其特征在于，步骤4具体包括：

低轨监测星座的优化设计数学模型：

其中，

f(x)--目标函数；

T--卫星总数；

P--轨道平面数；

C_{n_min}--最小覆盖因子；

C_p--监测站覆盖性能因子；

g(x)--约束函数；

g₁(x),g₂(x),g₃(x),g₄(x)--卫星总数、轨道面数、最小覆盖因子和相应的覆盖性能因子的约束函数。