[发明专利]一种适用于通导遥一体化应用的全球覆盖星座的设计方法

说明书

本发明提供一种适用于通导遥一体化应用的全球覆盖星座及其设计方法，该星座统筹考虑通信、导航、遥感载荷的不同覆盖需求，根据不同载荷的覆盖特性，以星座数目最小化为原则设定星座规模，综合通信、导航、遥感任务要求与载荷约束完成星座设计；以初步星座方案为基础，进行星座性能分析验证。

技术领域

本发明涉及一种全球覆盖星座的设计方法，特别提供一种面向通信、导航、遥感一体化应用的全球覆盖星座设计方法。

背景技术

目前，在以往星座设计方法中，集中在针对单类载荷特点进行单一任务的星座设计与分析。其中，针对通信需求，从卫星星座设计的角度来看，设计方法大体上可分成三类：第一类是采用地球同步卫星轨道，利用单颗卫星完成全部的覆盖和通信任务，这种方案实现通信的费用少，技术成熟，但由于轨道高度太高无法实现手机上星的目标。第二类方法采用Walker和Ballard星座优化全球覆盖的思想，这种方案星座轨道大都是LEO/MEO，卫星数量多，总体费用很高。第三类是基于区域性覆盖的设计思想，利用多个轨道平面，不同轨道平面的卫星在有旋地球表面上的星下点轨迹相互重合，可实现对部分区域的持续性覆盖，这种方案卫星数量少，但无法满足全球覆盖需求。

传统遥感卫星星座通常采用Walker星座中的δ星座或玫瑰星座等，主要用于全球观测，但基于星座本身无法实现信息的实时回传，没有考虑与通信载荷的一体化应用。

导航星座设计涉及诸多参数的优化组合，星座规模上比通信载荷、遥感载荷的数目都小很多，从提供基础导航服务的角度一般从国家层面进行统一的规划部署。导航增强业务可以通过增加天基和地基两种方式实现，传统的天基导航增强系统都是采用的GEO卫星，但发展受限于轨道资源有限。随着技术提升，LEO卫星定轨精度优于分米级，利用LEO卫星作为导航增强卫星正在逐渐成为一种趋势。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足之处，提供一种面向通导遥一体化应用的全球覆盖星座设计方法，该方法能够提供将通信、遥感、导航载荷与平台高效集成的星座方案，使得全球通导遥一体化应用成为可能。本发明克服了现有星座设计方法仅针对单类型载荷约束，不能兼顾一星多用应用需求的缺点。

本发明的技术解决方案是：

1、一种适用于通信、导航、遥感一体化应用的卫星星座，其特征在于：该星座的星座类型为Walker星座，所述星座由135颗卫星组成，所述卫星的轨道高度为560.994km，所述卫星的轨道倾角为97.64°，所述星座包括9个轨道面，每个轨道面15颗卫星，根据相位关系编号，依次为N1、N2、N3、N4、N5、N6、N7、N8、N9、N10、N11、N12、N13、N14、N15；所述星座的载荷部署方式为：135颗卫星均加装遥感载荷和导航增强载荷，其中每个轨道面选取编号为N1、N2、N4、N5、N7、N8、N10、N11、N13、N14的10颗卫星加装通信载荷。

2、一种适用于通信、导航、遥感一体化应用的卫星星座设计方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤一：根据卫星轨道的预定高度h，分别计算满足全球实时通信需求的最小通信载荷数量Na，满足光学载荷提供全球图像信息服务的遥感最小载荷数量Nb，星座的最小卫星数量Nmin取Na和Nb中的最大值；

步骤二：根据通信、遥感载荷的载荷使用约束和覆盖要求选择轨道类型和星座构型，其中轨道类型为太阳同步轨道、倾斜圆轨道、回归轨道、冻结轨道之一，星座构型为Walker-星形星座、Walker-玫瑰星座、Walker-δ星座、Walker-σ星座、Walker-Ω星座之一。

步骤三：根据星座性能中关于通信性能、遥感性能、导航性能的要求，确定星座的轨道参数、卫星数量n(n≥Nmin)及各类载荷的部署方案，选取Nc个卫星部署通信载荷，选取Nd个卫星部署光学载荷，选取Ne个卫星部署导航增强载荷，得到初步的星座方案S1；