[发明专利]一种导航卫星低轨监测星座的优化设计方法

说明书

本发明提供一种导航卫星低轨监测星座的优化设计方法，充分考虑了现有技术基础和未来技术发展趋势，分析了导航卫星低轨监测星座的设计需求及约束条件，选取Walker‑δ星座和太阳同步回归轨道，同时构建了包括监测站覆盖因子、性能因子和星座轨道参数的评价准则，由此优化设计的导航卫星低轨监测星座具有较好的监测性能；按照本发明提出的导航卫星低轨监测星座优化设计方法，能够有效地实现导航卫星低轨监测星座的优化设计，技术方案科学、优化，可实现性强；设计的星座能够用较少的卫星总数，实现较大的监测站覆盖因子和性能因子。

技术领域

本发明属于导航卫星低轨监测星座设计技术领域，具体涉及一种导航卫星低轨监测星座的优化设计方法。

背景技术

传统卫星定轨由地基监测站完成，地基测定轨方法受地理和政治因素的制约，在区域站布设范围有限情况下，监测站仅能对导航卫星进行有限弧段的跟踪观测，定轨精度受到很大限制，难以满足日益提高的轨道精度需求。随着数据星载低轨卫星定轨技术的成熟，高低卫星的星间测量给导航卫星提供了新的定轨途径。

目前我国的卫星导航系统还处在建设阶段，必然会涉及到地面监测网络的布设和建设。为提高增强精度，需要尽可能增加观测弧段、提高观测数据精度和完善优化数据处理策略，其中最直接有效的方法就是增加天基监测站数量。然而，由于政治经济因素以及数据解算压力，需要探索一种适用的低轨卫星和地面站优选方案，从而在有限条件下提升天基增强系统的性能和精度。主要包括：卫星数量的需求、最优轨道高度确定、轨道倾角的选优、轨道面内参数的优化设计，以及构建怎样的星座或多星组网，最终实现以最小的代价构建用于卫星导航系统增强的低轨天基监测网站系统。

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。天基监测站布设是一项涉及多方因素的系统工程，因而在局限的可选范围内寻求利用最少监测站、最合理分布来满足以上要求的最佳方案，成为监测站优化设计需要解决的问题。

本发明针对难以在全球范围内形成均匀分布监测站网络的全球卫星导航系统，以监测站覆盖因子为目标，优化选取低轨监测星座的轨道高度、轨道倾角、卫星数量、轨道面数和相位因子，提升天基监测站的覆盖性能。项目研究可为全球卫星导航系统监测系统设计和论证提供输入条件和论证依据。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供一种导航卫星低轨监测星座的优化设计方法，能够有效地实现导航卫星低轨监测星座的优化设计，技术方案科学、优化，可实现性强；设计的星座能够用较少的卫星总数，实现较大的监测站覆盖因子。本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种导航卫星低轨监测星座的优化设计方法，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、星座类型等设计约束，为星座设计提供输入。