[发明专利]北斗卫星导航系统中轨道卫星废弃轨道优化设计方法

权利要求书

1.一种北斗卫星导航系统中轨道卫星废弃轨道优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：选定待废弃北斗导航卫星，计算离轨时刻的升交点赤径；

根据北斗卫星导航系统中轨道卫星的发射时间，以及卫星的理论工作寿命，计算卫星的理论到寿离轨时间；由于改变轨道升交点赤径的燃料消耗巨大，所以在离轨操作时不改变轨道升交点赤径，根据待废弃北斗导航卫星当前的轨道参数，预推得到离轨时刻的升交点赤径；

步骤2：计算废弃轨道长半轴、偏心率的取值范围；

考虑轨道测控误差，以及北斗卫星导航系统中轨道卫星高度与Galileo系统和GPS系统的高度差异，计算得到废弃轨道长半轴的取值范围；根据北斗卫星导航系统中轨道卫星废弃轨道高度的最大值，计算得到废弃轨道偏心率的最大值；

步骤3：开始优化，计算从初始轨道机动到废弃轨道的燃料消耗；

由于平面外轨道机动燃料消耗巨大，所以不改变北斗卫星导航系统中轨道卫星离轨前的升交点赤径和轨道倾角，考虑到北斗卫星导航系统中轨道卫星为近圆轨道，废弃轨道优化变量为轨道长半轴、偏心率和平均纬度幅角；利用遗传算法开始优化，随机选定一组废弃轨道的长半轴、偏心率和平均纬度幅角，计算得到从初始轨道机动到废弃轨道的燃料消耗；

步骤4：演化200年，得到200年后废弃轨道的长半轴、偏心率；

利用轨道长期平均积分模型，计算得到200年后废弃轨道的长半轴、偏心率；

步骤5：计算废弃轨道优化目标函数；

废弃轨道优化目标为从初始轨道机动到废弃轨道的燃料消耗最小、废弃轨道200年后长半轴变化最小以及废弃轨道200年后偏心率变化最小，根据200年后废弃轨道的长半轴、偏心率，计算废弃轨道优化目标函数；

废弃轨道优化目标如式(1)所示：

J＝C₁(a_d-a_ini)+C₂(e_d-e_ini)+C₃ΔV         (1)

式中J表示废弃轨道优化目标，C₁、C₂、C₃为权值系数，取值范围均为0到1，且满足约束C₁+C₂+C₃＝1，a_d为废弃轨道演化200年后的长半轴，a_ini为北斗卫星导航系统中轨道卫星离轨处置前的长半轴，e_d为废弃轨道演化200年后的偏心率，e_ini为北斗卫星导航系统中轨道卫星离轨处置前的偏心率，ΔV为从初始轨道机动到废弃轨道的燃料消耗；

步骤6：目标函数取得最优值后，输出废弃轨道的轨道参数；

判断废弃轨道优化目标函数取得最小值后，输出废弃轨道的长半轴、偏心率、轨道倾角、升交点赤径和平均纬度幅角。