[发明专利]一种绕地球同步轨道卫星分布式共轨飞行的卫星群轨道设计方法

说明书

一种绕地球同步轨道卫星分布式共轨飞行的卫星群轨道设计方法，包括建立参考卫星和绕飞卫星的位置关系模型；利用建立的位置关系模型构建绕飞卫星轨道模型；根据绕飞卫星轨道要求，计算绕飞卫星轨道根数；根据绕飞卫星轨道根数，生成绕飞卫星群轨道根数；本发明方法设计的绕飞卫星群轨道与参考卫星的相对距离波动小，绕飞卫星与参考卫星的方位角、仰角和距离关系满足多星共轨间隔设计要求，相邻绕飞卫星间的方位角、仰角和距离满足卫星间链路捕获跟踪设计要求，通过本发明可以解决单卫星节点功能弱、抗干扰能力差、不利于小型化等缺陷，通过绕飞卫星与参考卫星的协同工作，提高了系统的抗毁能力、自组织能力。

技术领域

本发明涉及航天器轨道动力学和控制技术领域，具体涉及一种绕地球同步轨道卫星分布式共轨飞行的卫星群轨道设计方法。

背景技术

多星共轨是指由空间密集分布的多颗小卫星共同组成的，为实现某一特定功能而以协同方式进行工作的卫星系统。由于采用了多星协同的工作方式，多星共轨机制在以下方面具有明显的优势：其一，将过去由单颗卫星完成的任务分散到星群中的每颗卫星，构成一颗大的“虚拟卫星”，以完成单颗大卫星完成的任务，大大提高了系统的生存能力；其二，多颗小卫星协同工作，可以实现更多的功能，如协作通信、精确定位、立体成像等；其三，星群中卫星的数量可以根据任务需求逐步增加，有效避免了一次性投资造成的高成本和高风险。由于多星共轨机制具有巨大的潜在技术优势，在军用和民用领域都有非常广阔的应用前景，国内外众多专家学者对多星共轨展开了研究。文献“赵军,肖亚伦.用于对地观测定位的编队飞行卫星群轨道构形设计.宇航学报,24(6)2003.”给出了一种分布式星群的轨道设计方法，并将其应用于对地观测定位卫星系统中。文献“董哲,张晓敏,尤政.基于最小二乘估计的卫星编队飞行轨道设计.清华大学学报,46(2)2006”给出了一种基于最小二乘估计的卫星编队飞行轨道设计方法,即在参考卫星轨道根数、相对运动轨迹和伴随卫星近点幅角已知的情况下应用最小二乘估计法设计伴随卫星其余轨道根数。文献“李革非,朱民才,韩潮.伴随卫星接近绕飞的轨道控制方法研究.宇航学报,30(6)2009”给出了通过轨道调相控制实现轨道接近,并且兼顾实现绕飞轨道构型参数的方法。上述方法均针对低轨道遥感卫星进行分布式轨道设计，不需要考虑轨道资源问题，考虑到地球同步轨道卫星轨道的特殊性，轨位资源稀缺，既要保证星群结构的稳定性，还要保证绕飞卫星不能干扰其他已在轨卫星，现有方法难以满足地球同步轨道卫星群多星共轨构型设计。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种绕地球同步轨道卫星分布式共轨飞行的卫星群轨道设计方法，具体包括：

步骤S1：建立参考卫星和绕飞卫星的位置关系模型；

步骤S2：利用步骤S1建立的位置关系模型构建绕飞卫星轨道模型；

步骤S3：根据绕飞卫星轨道要求，计算绕飞卫星轨道根数；

步骤S4：根据绕飞卫星轨道根数，生成绕飞卫星群轨道根数。

进一步的，

步骤S1包括，

步骤S1-1建立参考卫星和绕飞卫星的轨道坐标系；

步骤S1-2建立地心到卫星的位置向量；

步骤S1-3建立绕飞卫星坐标系到参考卫星坐标系的转换矩阵；

步骤S2包括，

步骤S2-1构建绕飞轨道模型；

步骤S2-2简化绕飞轨道模型；

步骤S3中的所述绕飞卫星群轨道根数包括轨道半长轴、偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近地点幅角、平近点角。

进一步的，