[发明专利]一种基于太阳同步回归轨道的共轨迹应急侦察星座优化设计方法

摘要

本发明提供一种基于太阳同步回归轨道的共轨迹应急侦察星座优化设计方法，首先，输入目标中心位置经纬度坐标、卫星过顶时间以及侦察频次要求；其次，计算卫星的轨道高度、偏心率和轨道倾角；再次，根据卫星过顶时间计算格林尼治恒星时角；然后，计算基准卫星过顶时刻真近点角、基准卫星升交点赤经以及星座中卫星数目；接着，根据基准卫星升交点赤经、真近点角、侦察频次，优化设计星座中每颗卫星的升交点赤经；最后，输出星座中每颗卫星的轨道高度、偏心率、轨道倾角、近地点幅角、升交点赤经、真近点角。利用该方法可以快速设计出满足目标区域覆盖要求的应急侦察星座。

主权项

1.一种基于太阳同步回归轨道的共轨迹应急侦察星座优化设计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：计算卫星的轨道高度、偏心率、轨道倾角、近地点幅角；太阳同步轨道能够实现单颗卫星在经过某一区域时以相同的光照条件对目标进行有效的侦察，因此应急侦察卫星采用太阳同步轨道。应急侦察卫星的轨道高度范围取200～1000km，为了尽可能提高卫星对指定区域的重访次数，选取回归周期一天的回归轨道，回归圈数可以取14圈、15圈、16圈，对应的轨道半长轴依次为7271.932km、6945.033km、6652.556km。综合考虑卫星的发射成本、卫星对地面的侦察分辨率以及低轨卫星受大气阻力影响大的特点，选取一天15圈回归的太阳同步回归轨道，轨道高度为6945.033km。为了减小实际应用中对卫星进行管控的难度，采用圆轨道，即偏心率取零。由于采用圆轨道，近地点幅角为零。根据太阳同步轨道半长轴、偏心率和轨道倾角的关系，计算出一天15圈太阳同步回归轨道的倾角为97.658°；步骤2：根据卫星过顶时间计算格林尼治恒星时角；根据卫星过顶时间的年月日时分秒，计算儒略日，然后计算该儒略日对应的格林尼治恒星时；步骤3：计算基准卫星过顶时刻真近点角、基准卫星升交点赤经以及星座中卫星数目；根据侦察目标中心位置的经纬度坐标，由球面三角形公式可以计算卫星的真近点角；根据格林尼治恒星时角和侦察目标中心位置的经度坐标，可以计算得到基准卫星升交点赤经；星座中卫星数量由侦察频次和单颗卫星对目标的访问频次决定，为使星座的设计能够满足对任意目标的侦察需求，取星座中卫星的数量等于侦察的频次，由于采用的是共轨迹星座，所以轨道面数量为1，卫星在轨道面内的真近点角均匀分布；步骤4：根据基准卫星升交点赤经、真近点角、侦察频次，优化设计星座中每颗卫星的升交点赤经；采用遗传算法进行星座优化设计，优化目标为卫星对目标的总覆盖时间最长，优化变量取卫星的升交点赤经，约束条件为升交点赤经的改变量为0°‑24°之间。通过编码、适应度计算、选择、交叉、变异等迭代运算，得到目标函数取值最大的升交点赤经。