[发明专利]考虑拱线旋转的非冻结轨道多星定位编队设计方法

说明书

本发明提供了一种考虑拱线旋转的非冻结轨道多星定位编队设计方法，在雷达或通信信号定位性能的基础上，增加了多星共视性能的约束，针对非冻结轨道拱线旋转问题，采用拱线旋转一周对应的性能包络作为性能约束条件来设计多星定位编队。本发明充分考虑了对定位性能最优的多星编队空间构形形式，采用最小包络球的描述方法增加共视性能约束，使用拱线旋转一周对应的性能包络作为定位性能与共视性能的约束条件，避免了因拱线旋转导致编队卫星性能衰减而需要进行轨道控制的情况，节省了燃料，使得多星定位编队构形更加有利于工程实现。

技术领域

本发明涉及卫星信号定位技术领域，具体地，涉及一种考虑拱线旋转的非冻结轨道多星定位编队设计方法。尤其地，涉及一种四星定位编队构形设计方法，可用于通过四颗卫星实现信号时频差定位时的编队构形设计。

背景技术

目前在轨的信号定位卫星均采用单一定位体制，涉及体制包括有单星干涉仪、双星时频差和三星时差，其中三星时差体制定位精度在高纬度地区急剧退化，二维正交干涉仪体制大视场高精度定位实现难度与代价过高，旋转基线干涉仪体制、双星时频差体制不具备单脉冲定位能力，这些现有的信号定位手段均无法满足更广纬度、更广视场、更高精度、更短时间的定位需求，必须融合多种定位体制技术优势，因此提出了干涉仪+四星时频差定位体制。

三星方案难以在全纬度、长时间保持最佳定位构形，当卫星到达高纬度地区将逐渐形成三星共线的情况，此时的高精度定位范围会急剧缩减，四星方案需要解决这个问题，可通过小偏心率绕飞构形来使得四星在任意纬度都具有一定的基线，从而实现高精度定位。

受地球非球形引力等摄动因素的影响，非冻结轨道卫星的近地点幅角将周期性漂移，产生拱线旋转，进而对定位性能与共视性能产生影响，若在编队构形设计时未考虑拱线旋转问题，则需要通过近地点幅角保持控制来维持性能，根据四星定位编队卫星的构形尺寸，该部分轨道维持所需燃耗巨大。

目前公开的方法中没有完全适用于本发明专利所需要解决的四星编队构形设计问题，专利文献CN109085586A(申请号：CN201810860789.6)公开了一种四星异面编队构形，但四星存在轨道倾角差，对于长基线编队构形而言会导致较大的轨道面摄动差异，不利于长期稳定；《InSAR卫星编队构型的e/i矢量设计方法》(上海航天，2011,28(5)8-13)介绍了一种双星编队构形设计，但这种直接优化多个构形参数的方法推广到四星后，优化效率较低，且未考虑拱线旋转问题。

本发明提出的一种考虑拱线的非冻结轨道多星定位编队设计方法，充分考虑了对定位性能最优的多星编队空间构形形式，采用最小包络球的描述方法增加共视性能约束，使用拱线旋转一周对应的性能包络作为定位性能与共视性能的约束条件，避免了因拱线旋转导致编队卫星性能衰减而需要进行轨道控制的情况，使得多星定位编队构形更加有利于工程实现。与直接优化构形参数或轨道根数的方法相比，本发明通过分析构形参数与空间相对运动的关系，减少了待优化的构形参数数量，提高了构形优化效率，共视性能约束的加入增强了窄波束目标信号的定位能力，同时考虑了拱线旋转对定位性能及共视性能的影响，对信号高精度定位能力的提高有着重要的意义。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种考虑拱线旋转的非冻结轨道多星定位编队设计方法。

根据本发明提供的一种考虑拱线旋转的非冻结轨道多星定位编队设计方法，包括：

考虑对定位性能最优的多星编队空间构形形式，确定待优化的编队构形参数，同时以拱线旋转一周对应的定位性能与共视性能包络作为性能约束条件；

所述编队空间构形形式：

采用的编队方案为三颗副星相对主星绕飞，绕飞中心均与主星重合，其中副星1与副星2的平面内构形尺寸、平面外构形尺寸均相同，相对偏心率矢量相位角也相同，即对称分布在主星轨道平面两侧，副星3在主星轨道平面内绕飞。

优选地，包括:

步骤S1：确定约束条件；