[发明专利]计算圆轨道卫星地影的方法和系统

说明书

本发明提供了一种计算圆轨道卫星地影的方法和系统，包括：步骤1：利用太阳角和卫星矢径信息，通过太阳‑轨道平面的几何关系，构建地影判别式，并判断是否存在地影；步骤2：根据地影判别式，计算临界半角；步骤3：根据太阳角和临界半角，计算地影半角；步骤4：根据地影半角和轨道周期，计算地影时长。本发明计算输入量少，计算量小，便于星上自主计算分析；计算过程简单，易于在轨地影判别；计算结果直接为一轨的地影长度，更有利于地影分析。本发明可用于圆轨道卫星轨道上的地影判断以及地影时长计算，对工程上的卫星长期任务分析和对提升星上自主地影预报速度有着重要的意义。

技术领域

本发明涉及卫星地影计算技术领域，具体地，涉及一种计算圆轨道卫星地影的方法和系统。

背景技术

地球对太阳光的遮挡是影响卫星功能及星上设备工作寿命的重要因素之一，故地影计算是卫星任务分析、卫星总体方案论证中一项重要工作内容，地影也是卫星热控、电源、控制分系统设计以及程控时序设计的约束条件，尤其是寿命内一轨内最长地影是卫星在轨能源平衡分析的重要输入参数。

目前，传统计算地影的方法是根据轨道参数递推，通过数值迭代法计算不同时刻的日-地-星角，判断地影判别式来确定当前地影状态，然后统计一轨内的所有处于地影状态时段，才能得到一轨内的地影时长。该方法地影判别式仅能判别卫星当前状态，不能快速判别一轨的地影状态，这样增加了不少的工作量；若计算出一轨的地影时长，需要统计一轨内所有时刻的地影状态，过程复杂，工作量大。有些采用四阶方程等求解方法来提高地影时长的精度，来减少计算步长对地影时长的影响，但这样使计算更复杂，计算量增加，更不利于星上自主地影预报。

本发明提出的一种计算圆轨道卫星地影方法，仅需要使用太阳角和卫星矢径或轨道高度信息，通过太阳-轨道平面的几何关系快速判断一轨内卫星是否存在地影，若存在地影则可以通过解析方法计算得到卫星每圈的地影时长，计算简单，计算量少，且计算精度高，该方法适合圆轨道卫星任务分析和星上自主地影预报。

张世杰，曹喜滨在《上海航天》(2001-12-25)发表的文章《卫星进/出地影位置和时间的计算算法》推导地影和卫星运动的超越方程，通过一些简化来不断迭代，最后得到进出地影的时间，从而可以得到地影时长；这方法的计算量都较大，都需要使用迭代求解，且地影判别计算量大。

贾向华，徐明，陈罗婧在《宇航学报》(2016-01-30)发表的文章《近地轨道卫星的地影预报算法》基于轨道参数递推，在不同时间点上通过判断日-地-星的相对关系来预报地影。这方法的计算量都较大，都需要使用迭代求解，且地影判别计算量大。

专利文献CN110555250A(申请号：CN201910770740.6)公开了一种非对日定向太阳电池阵最佳偏置角确定方法，主要步骤包括：获取计算输入条件，即轨道高度H和轨道入射角范围；计算当前偏置角和当前轨道入射角下的地影张角；以地影张角作为输入，计算当前偏置角和当前轨道入射角下的太阳电池阵输出能量；遍历所有偏置角及所有轨道入射角，对太阳电池阵输出能量进行评价，获得最佳偏置角。

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计算圆轨道卫星地影的方法和系统。

根据本发明提供的计算圆轨道卫星地影的方法，包括：

步骤1：利用太阳角和卫星矢径信息，通过太阳-轨道平面的几何关系，构建地影判别式，并判断是否存在地影；

步骤2：根据地影判别式，计算临界半角；

步骤3：根据太阳角和临界半角，计算地影半角；

步骤4：根据地影半角和轨道周期，计算地影时长。

优选的，所述步骤1包括：利用太阳矢量与轨道平面的夹角β，将太阳矢量投影在轨道平面内，且视太阳光为平行光，垂直于太阳矢量的地球切面投影在轨道平面内，根据地球切面投影与卫星矢径r的关系建立地影判别式：