[发明专利]针对面目标区域探测的快速响应卫星轨道设计方法

权利要求书

1.一种针对面目标区域探测的快速响应卫星轨道设计方法，其特征在于：将目标区域对角的两个点作为目标点；所述卫星轨道对所述目标区域全覆盖；设定轨道倾角搜索范围；在所述轨道倾角搜索范围内，间隔固定的轨道倾角的角度差值，遍历轨道倾角的角度值，并计算每个倾角角度值所对应的卫星轨道星下点轨迹多次过境目标纬度圈时星下点轨迹的经度值；计算所述目标点地心经度值和星下点轨迹过境目标纬度圈时地心经度值之间的差值；选取所述地心经度值之间的差值在设定范围内的卫星轨道；

轨道倾角搜索范围设定为：卫星轨道星下点轨迹过境目标纬度圈的次数在最大次数范围内，且计算过所有的入轨模式；

根据卫星侦察条带成像幅宽W_e和侦察覆盖重叠度δ进行轨道回归圈数R和回归天数N的合理选取，确保有则卫星轨道对面目标区域可以实现全覆盖侦察；其中Δλ为连续两次卫星星下点轨迹的经度差；R_e为地球半径；

卫星入轨后6次过境目标纬度圈；计算卫星过境时刻星下点地心经度与目标点地心经度偏差值的方法是：

步骤4092、计算卫星入轨后6次过境目标纬度圈时刻依次为：

t₁＝t_I+(u_T1-u_I)/n；t₂＝t_I+(u_T2-u_I)/n；t₃＝t₁+t_Ω；

t₄＝t₂+t_Ω；t₅＝t₁+2t_Ω；t₆＝t₂+2t_Ω；

其中，n为卫星平均角速度，t_Ω为轨道周期；u_T1和u_T2分别为卫星入轨后第1次和第2次过境目标纬度圈的卫星纬度辐角值；入轨时刻t_I的卫星纬度辐角u_I为入轨时刻t_I的卫星纬度辐角；

步骤4093、计算入轨后星下点第一次和第二次过境目标纬度圈时地心经度Lon_T1和Lon_T2；

步骤4094、计算入轨后第三次、第四次、第五次、第六次过境目标纬度圈时刻的地心经度：ω_E为地球自转速度；OnLimitPiRadian(x)将角度x约束到[-π,π)范围内；角度约束函数OnLimit2PiRadian(x)将角度x约束到[0,2π)范围内；

步骤4095、计算卫星星下点轨迹6次过境目标纬度圈时刻地心经度与目标点地心经度的偏差，

其中，卫星入轨后第1次和第2次过境目标纬度圈的卫星纬度辐角u_T1和u_T2的计算方法为：

步骤406、判断卫星的入轨模式，如果下降入轨模式，则进入步骤407；如果是上升入轨模式，则进入步骤408；

步骤407、分4种情况计算卫星入轨后第1次和第2次过境目标纬度圈的卫星纬度辐角值，4种情况依次为步骤4071～步骤4074所示；

步骤4071，当目标点在北半球且目标点纬度小于入轨点纬度时，也即OnLimit2PiRadian(u_T1)＜π且时，为目标点纬度，为入轨点纬度，有：

入轨后第1次过境：；

入轨后第2次过境：u_T2＝u_T1+u_temp；

步骤4071中有：Δu＝π-u_T1；u_temp＝π+2Δu；

步骤4072、当目标点在南半球且目标点纬度小于入轨点纬度，也即OnLimit2PiRadian(u_T1)＞π且时，有：

入轨后第1次过境：；

入轨后第2次过境：u_T2＝u_T1+u_temp；

步骤4072中有：Δu＝u_T1-π；u_temp＝π-2Δu；

步骤4073、当目标点在北半球且目标点纬度大于入轨点纬度，也即OnLimit2PiRadian(u_T1)＜π且时，有：

入轨后第1次过境：；

入轨后第2次过境：u_T2＝u_T1+u_temp；

步骤4073中有Δu＝tempRadian；u_temp＝π-2Δu；

tempRadian为临时计算变量，用于记录卫星纬度辐角值；

步骤4074、当目标点在南半球且目标点纬度大于入轨点纬度，也即OnLimit2PiRadian(u_T1)＞π且时，有：

入轨后第1次过境：；

入轨后第2次过境：u_T2＝u_T1+u_temp；

步骤4074中有Δu＝fabs(tempRadian-2π)；u_temp＝π+2Δu；

步骤408、分以下6种情况计算卫星入轨后第1次和第2次过境目标纬度圈的卫星纬度辐角值；6种情况依次为步骤4081～步骤4086所示：

步骤4081、当目标点在北半球、目标点纬度大于入轨点纬度且入轨点在下降段，也即OnLimit2PiRadian(u_T1)＜π、且u_I＞π/2时，有：

入轨后第1次过境：

入轨后第2次过境：u_T2＝u_T1+u_temp；

步骤4081中有Δu＝tempRadian，u_temp＝π-2Δu；

步骤4082、目标点在南半球、目标点纬度大于入轨点纬度且入轨点在下降段，也即OnLimit2PiRadian(u_T1)＞π、且u_I＞π/2时，有：

入轨后第1次过境：

入轨后第2次过境：u_T2＝u_T1+u_temp；

步骤4082中有Δu＝fabs(tempRadian-2π)，u_temp＝π+2Δu；

步骤4083、目标点在北半球、目标点纬度大于入轨点纬度且入轨点在上升段，也即OnLimit2PiRadian(u_T1)＜π、且u_I≤π/2时，有：

入轨后第1次过境：；

入轨后第2次过境：u_T2＝u_T1+u_temp；

步骤4083中有Δu＝u_T1；u_temp＝π-2Δu；

步骤4084、当目标点在南半球、目标点纬度大于入轨点纬度且入轨点在上升段不存在，也即OnLimit2PiRadian(u_T1)＞π、且u_I≤π/2，此种情况不存在，直接进入步骤409；

步骤4085、当目标点在北半球且目标点纬度小于入轨点纬度，也即OnLimit2PiRadian(u_T1)＜π且时，有：

入轨后第1次过境：；

入轨后第2次过境：u_T2＝u_T1+u_temp；

步骤4085中有u_temp＝π+2Δu；

步骤4086、当目标点在南半球且目标点纬度小于入轨点纬度时，也即OnLimit2PiRadian(u_T1)＞π且时，有：

入轨后第1次过境：

入轨后第2次过境：u_T2＝u_T1+u_temp；

步骤4086中有u_temp＝π+2Δu；

卫星入轨后星下点第一次和第二次过境目标纬度圈时地心经度Lon_T1和Lon_T2的计算过程包括如下步骤：

步骤501、根据卫星半长轴a_I和当前时刻纬度辐角u_T，计算卫星在地心轨道坐标系下的位置矢量r＝[a_Icos(u_T) a_Isin(u_T) 0]′；

步骤502、根据相对入轨时刻时间差Δt和升交点赤经导数计算当前时刻卫星运行轨道的升交点赤经其中Ω_I为卫星入轨时刻的升交点赤经；

步骤503、根据相对入轨时刻时间差Δt和近地点辐角导数计算当前时刻卫星运行轨道的近地点辐角其中ω_I为卫星入轨时刻的近地点辐角；

步骤504、构建地心轨道坐标系到地心惯性坐标系的转换矩阵，其中i′为轨道倾角，

步骤505、对地心轨道坐标系下的位置矢量进行坐标转换获取地心惯性ECI坐标系下的位置矢量P_eci：p_eci＝Τ_m×r；

步骤506、查询地球运动参数EOP文件，将ECI位置矢量P_eci转换为ECEF位置矢量P_ecef；

步骤507、根据ECEF位置矢量P_ecef计算当前时刻圆形轨道卫星的星下点轨迹地心经度Lon。