[发明专利]一种低轨通信星座在轨重构方法及系统

说明书

本发明公开了一种低轨通信星座在轨重构方法及系统，属于低轨卫星重构控制技术领域，能够解决现有重构方案使不同卫星机动消耗能量差别较大，造成星座中各卫星能量消耗不均衡，影响星座的长期稳定运行的问题。所述方法包括：确定星座的全球平均覆盖率、燃料消耗均衡度、重构卫星总消耗时间和重构卫星总速度增量，并根据全球平均覆盖率、燃料消耗均衡度、重构卫星总消耗时间和重构卫星总速度增量建立目标函数；确定初始重构卫星和初始重构卫星的初始轨道高度调整量，并根据初始重构卫星和初始轨道高度调整量确定初始化参数向量；根据初始化参数向量和目标函数，利用基于分解的多目标进化算法确定星座的重构方案。本发明用于低轨通信星座在轨重构。

技术领域

本发明涉及一种低轨通信星座在轨重构方法及系统，属于低轨卫星重构控制技术领域。

背景技术

低轨(Low Earth Orbit，LEO)通信卫星相较于中高轨通信卫星具有传输损耗小，通信时延低，发射成本低等优点，由低轨通信卫星组成的低轨通信星座在交通、能源等领域得到广泛应用，例如铱星、全球星和Starlink等。低轨通信星座在轨运行过程中，星座的服务性能受星座中各卫星可靠性的影响，若出现失效卫星，需要启用备份星、发射新卫星或者调整已有卫星，改善或者修复星座的工作性能。

备份星在轨过程中一直处于损耗状态，随时可能发生故障，替换失效卫星的计划很难事先确定，而地面发射响应速度较慢。因此，调整剩余卫星工作轨道进行星座重构，能够快速降低失效影响。在轨重构过程中，需要多颗卫星进行机动，重构方案可能会使不同卫星机动消耗能量差别较大，从而造成星座中各卫星能量消耗不均衡，使某些卫星寿命下降过快，影响星座的长期稳定运行。

发明内容

本发明提供了一种低轨通信星座在轨重构方法及系统，能够解决现有低轨通信星座重构方案使不同卫星机动消耗能量差别较大，从而造成星座中各卫星能量消耗不均衡，进而影响低轨通信星座的长期稳定运行的问题。

一方面，本发明提供了一种低轨通信星座在轨重构方法，所述方法包括：确定星座的全球平均覆盖率、燃料消耗均衡度、重构卫星总消耗时间和重构卫星总速度增量，并根据所述全球平均覆盖率、所述燃料消耗均衡度、所述重构卫星总消耗时间和所述重构卫星总速度增量建立目标函数；确定初始重构卫星和初始重构卫星的初始轨道高度调整量，并根据所述初始重构卫星和所述初始轨道高度调整量确定初始化参数向量；根据所述初始化参数向量和所述目标函数，利用基于分解的多目标进化算法确定星座的重构方案，并根据所述重构方案对星座进行重构。

可选的，所述确定星座的全球平均覆盖率具体为：通过经纬度将全球划分为12×24的网格，分别计算星座对每个网格在一定时间内的平均覆盖重数；根据第一公式获取星座的全球平均覆盖率；

所述第一公式为：其中，n为满足覆盖重数要求的网格数，N_g为划分的总网格数。

可选的，所述确定星座的燃料消耗均衡度具体为：根据第二公式获取星座的燃料消耗均衡度；

所述第二公式为其中，N_s为星座中仍能正常工作的卫星数量，为参与重构的正常卫星速度增量的平均值，ΔV_i为参与重构各卫星速度增量，P为星座的燃料消耗均衡度。

可选的，所述确定星座的重构卫星总消耗时间和重构卫星总速度增量具体为：根据第三公式确定星座的重构卫星总消耗时间；根据第四公式确定星座的重构卫星总速度增量；

所述第三公式为：

所述第四公式为：其中，为参与重构的各卫星机动消耗时间，为参与重构的各卫星机动总速度增量，k为参与重构的卫星总数。

可选的，所述卫星机动总速度增量和卫星机动消耗时间通过第五公式确定；