[发明专利]低轨通信和导航增强混合星座的优化设计方法

摘要

本发明提供一种低轨通信和导航增强混合星座的优化设计方法，包括：确定卫星轨道类型；确定卫星轨道高度；确定最小观测仰角；选取星座构型；确定轨道倾角；确定卫星数量；确定轨道面数与相位因子；优化选取初始升交点赤经；分析低轨通信和导航增强混合星座的覆盖性能；遍历结束后比较所有满足设计要求的混合星座参数，选择最优解。优点为：结合通信和导航增强星座设计各个阶段需要考虑的因素，可以设计出满足用户需求、星座性能优、卫星数目少、而且星座间具有较好兼容互操作能力的低轨通信和导航增强混合星座。

主权项

1.一种低轨通信和导航增强混合星座的优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：确定混合星座中每个卫星的卫星轨道类型为圆形轨道，其偏心率e＝0，近地点幅角ω＝0；步骤2：初步确定卫星轨道高度，包括：步骤2.1：确定混合星座中每个卫星的第一备选轨道集合；其中，第一备选轨道集合为符合设计需求的轨道高度范围；步骤2.2：对第一备选轨道集合进一步优选，得到由若干个轨道高度值组成的第二备选轨道集合；步骤3：综合考虑当地地形导致的观测障碍因素，根据用户需求确定最小观测仰角；步骤4：判断混合星座设计过程中是否需要考虑进动的影响，当需要考虑进动影响时，根据进动速度相同的条件，确定混合星座构型为两个Walker星座混合，然后执行步骤5；当不需要考虑进动影响时，确定混合星座构型为Walker星座和极轨星座，然后执行步骤6；步骤5：根据用户服务区纬度的需求以及所确定的混合星座构型，选定轨道倾角范围；对第一备选轨道集合的轨道高度范围按预设间隔，轨道倾角范围根据用户需求设定，在该轨道高度范围和轨道倾角范围内，分别计算不同轨道倾角和轨道高度下的轨道面进动速度，选择进动速度相同的若干组轨道高度值和轨道倾角值；对于所选择到的若干组轨道高度值和轨道倾角值，优先选取轨道高度值属于或接近第二备选轨道集合的若干组回归轨道高度值和对应的轨道倾角值；若没有满足第二备选轨道集合的轨道高度值，则不考虑第二备选轨道集合；然后执行步骤7；步骤6：根据用户服务区纬度的需求以及所确定的混合星座构型，选定轨道倾角范围；优先选取轨道高度值属于或接近第二备选轨道集合的若干组回归轨道高度值；然后执行步骤7；步骤7：确定混合星座中每个星座包含的卫星数量范围；步骤8：确定轨道面数与相位因子范围；具体为：以步骤7确定的卫星数量范围为已知值，选择覆盖性能最优的轨道面数与相位因子范围；步骤9：分别优化选取混合星座中每个星座的初始升交点赤经范围；具体优化方法为：利用遗传算法优化选取混合星座中每个星座的初始升交点赤经范围；步骤10：当考虑进动影响时，采用以下方法优化选取：确定了每个混合星座的卫星轨道类型、最小观测仰角、卫星数量范围、轨道面数与相位因子范围、初始升交点赤经范围、以及若干组成对的轨道高度值和轨道倾角值；则：按预设间隔，对最小观测仰角、卫星数量范围、轨道面数与相位因子范围、初始升交点赤经范围、以及若干组成对的轨道高度值和轨道倾角值进行优化选取，计算每组配置得到的混合星座参数所对应的低轨通信和导航增强混合星座的覆盖性能；当优化选取结束时，执行步骤11；当不考虑进动影响时，采用以下方法优化选取：确定了每个混合星座的卫星轨道类型、最小观测仰角、卫星数量范围、轨道面数与相位因子范围、初始升交点赤经范围、第二备选轨道集合和轨道倾角范围；则：按预设间隔，对最小观测仰角、卫星数量范围、轨道面数与相位因子范围、初始升交点赤经范围、第二备选轨道集合和轨道倾角范围进行优化选取，计算每组配置得到的混合星座参数所对应的低轨通信和导航增强混合星座的覆盖性能；当优化选取结束时，执行步骤11；步骤11：选择混合星座覆盖性能最优的混合星座参数，作为最终设计得到的混合星座参数值。