[发明专利]导航卫星星座的工程设计方法

摘要

本发明提供一种导航卫星星座的工程设计方法，包括以下步骤：确定卫星轨道高度；确定卫星轨道倾角；确定卫星数量；确定轨道面数与相位因子；确定初始升交点赤经；判断用户是否有采用GEO卫星进行区域增强的设计需求，如有，则优化GEO卫星的站位；判断用户是否有采用IGSO卫星进行区域增强的设计需求，如有，则优化IGSO卫星的相位角，进而确定IGSO卫星的轨道面；制定星座分阶段部署策略；制定星座备份策略，包括星座组网阶段备份策略和星座运行阶段备份策略。按照本发明设计方法，能够设计出满足用户需求、星座性能优、卫星数目少、而且与现有GNSS具有较好兼容互操作能力的导航星座。

主权项

1.一种导航卫星星座的工程设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确定卫星轨道高度；步骤2：以步骤1确定的卫星轨道高度作为已知值，确定卫星轨道倾角；步骤3：确定卫星数量；计算不同卫星数量下最优构型的PDOP可用性，以构型PDOP值可用性作为优选标准，选择导航性能优于设定值的卫星数量；在导航性能相当的情况下，选择数量最少的卫星数量；步骤4：确定轨道面数与相位因子；以步骤3确定的卫星数量为已知值，计算不同轨道面数与相位因子下构型的PDOP可用性，以构型PDOP值可用性作为优选标准，选择导航性能最优的轨道面数与相位因子；步骤5：确定初始升交点赤经；S5.1，计算现有GNSS星座构型的轨道面进动速度；S5.2，根据现有GNSS的某一时刻第一轨道面的升交点赤经，计算得到发射时刻设计星座的初始升交点赤经，以获得与现有GNSS最优的兼容互操作能力；步骤6：判断用户是否有采用GEO卫星进行区域增强的设计需求，如果没有，则直接转到步骤8；如果有，则执行步骤7；步骤7，在确定GEO卫星数量的前提下，优化GEO卫星的站位，以构型的覆盖性能作为优选标准，选择覆盖性能最优的GEO卫星站位；其中，考虑空间轨位频率申请情况确定GEO卫星的轨位频率；然后转到步骤8；步骤8，判断用户是否有采用IGSO卫星进行区域增强的设计需求，如果没有，则直接转到步骤9；如果有，则执行S8.1‑S8.2；S8.1，根据用户需求，选定IGSO卫星的轨道倾角、轨道偏心率和升交点地理经度；S8.2，以覆盖性能、星间链路性能最优为优化目标，优化IGSO卫星的相位角，进而确定IGSO卫星的轨道面；其中，考虑空间轨位频率申请情况确定IGSO卫星的轨位频率；步骤9：制定星座分阶段部署策略；首先，明确运载火箭的发射能力；其次，以构型PDOP值可用性作为优选标准，以服务区的性能提升最优为优化目标，确定组网顺序和卫星站位，得到星座分阶段部署策略；步骤10：制定星座备份策略，包括星座组网阶段备份策略和星座运行阶段备份策略；其中，星座组网阶段备份策略通过以下方法获得：首先考虑运载火箭的发射成功率；其次，根据步骤9制定的星座分阶段部署策略，计算不同备份方式下的组网成功概率；最后，根据组网成功概率标准，优化各种备份策略，得到最终制定得到的组网阶段备份策略；星座运行阶段备份策略通过以下方法获得：首先，确定边界约束条件，包括卫星可靠性、可恢复故障平均间隔、可恢复故障平均修复时间、卫星操作维持平均间隔以及卫星操作维持平均持续时间因素；其次，以所确定的边界约束条件为变量建立星座可用性模型，分别制定星座运行阶段的地面备份策略和在轨备份策略。