[发明专利]低轨道/中轨道双层卫星光网络结构系统及设计计算方法

权利要求书

1、一种全球覆盖低轨道/中轨道双层卫星光网络结构系统，其特征在于该系统由一个基于覆盖带法设计的全球覆盖低轨卫星星座，再加入一个中轨卫星星座组成双层卫星光网络结构系统，系统至少连接有76颗卫星，其中低轨道卫星层至少设有7个轨道，每一个轨道至少连接有10个卫星；中轨道卫星层由外轨道和内轨道组成，其中外轨道分别连接有卫星(11、12、13)，内轨道分别连接有卫星(21、22、23)。

2、根据权利要求1所述的全球覆盖低轨道/中轨道双层卫星光网络结构系统，其特征在于所述低轨层星座为一个walker-δ星座。

3、根据权利要求2所述的全球覆盖低轨道/中轨道双层卫星光网络结构系统，其特征在于所述walker-δ星座由高度相同和倾角相等的圆轨道组成。

4、根据权利要求1所述的全球覆盖低轨道/中轨道双层卫星光网络结构系统，其特征在于所述低轨道倾角为45°～55°，轨道高度1100～1500公里，轨道离心率为0。

5、根据权利要求1所述的全球覆盖低轨道/中轨道双层卫星光网络结构系统，其特征在于所述中轨道高度为10354km时是一个回归轨道，中轨卫星星座两个轨道倾角分别为0°和90°。

6、一种权利要求1所述的全球覆盖低轨道/中轨道双层卫星光网络结构系统的设计计算方法，按下述步骤进行：

1)、低轨卫星星座设计计算：

①、计算单个卫星覆盖圆半径θ

θ＝arccos[Rcosε/(R+H)]-ε    (1)

式中符号表示：H为卫星高度，R为地球半径，ε为地面站对卫星的仰角；

②、计算覆盖带半角Ψ

Ψ＝arcos[cosθ/cos(π/S)]    (2)

式中符号表示：π/S为轨道面内两卫星间距离；

满足连续覆盖的限制条件为：

④、α′≤Ψ+arccos[cosθ/cos(δ_B)]    (4)

利用球面直角三角形定理知道，实际赤经差：

⑤、sinα＝sinα′/sini    (5)

计算实际相邻两个卫星相位差与虚拟相位差：

由于P个轨道面在赤道均匀分布，赤经差满足条件：

⑦、P·α＝2π    (7)

上述的walker-δ星座由高度相同和倾角相等的圆轨道组成，轨道面沿赤道均匀分布，每个轨道面上卫星均匀分布，相邻轨道相邻两个卫星间保持相位关系，用四个参数组合i：T/P/F表示，其中i为轨道倾角，T为星座卫星数，P为轨道数，则S＝T/P为每个轨道卫星数，F为相位因子且0≤F≤P-1，规定了任意相邻两个轨道面上相邻卫星间的相对位置；

以“赤道”为基准，设两卫星相位差为赤经差为α′，对应的实际相邻卫星相位差和赤经差分别为和α，轨道A和轨道B卫星位置分别为δ_A和δ_B，此时轨道A一颗卫星必然位于δ_A＝π/S，距离该卫星最近的轨道B领先于卫星A的卫星必然位于：

在满足条件(5)和(7)的情况下，就可以求得满足连续覆盖的最佳星座设计参数——P、S、i和

令f＝Ψ+arccos[cosθ/cos(δ_B)]-α′，则满足(4)的限制条件转化f≥0，取F＝0，则由(3)、(4)、(5)、(6)可以求得满足连续覆盖的星座参数，四种覆盖要求设计方案为：

方案1：i＝50°，H＝1400km，ε_min＝10°；

方案2：i＝50°，H＝1300km，ε_min＝10°；

方案3：i＝50°，H＝1400km，ε_min＝15°；

方案4：i＝50°，H＝1300km，ε_min＝5°。

7、根据权利要求6所述的全球覆盖低轨道/中轨道双层卫星光网络结构系统的设计计算方法，其特征在于激光链路低轨卫星星座为零相位因子。