[发明专利]基于定轨约束满足的中低轨星座星地测控资源联合调度方法

说明书

技术领域

本发明主要涉及到星地测控资源的联合调度领域，特指一种支持中低轨星座测定轨的星地测控资源联合调度方法。

背景技术

卫星星座（简称“星座”）是指由多颗卫星组成、卫星轨道形成稳定的空间几何构型，卫星之间保持固定的时空关系，用于完成特定航天任务的卫星系统。中低轨星座中单颗卫星的轨道高度保持在500km～25000km的范围之内，主要承担的航天任务包括：通信、导航和对地观测等。

测控系统承担卫星自发射入轨阶段至运行于工作轨道阶段的测量和控制工作，包括：卫星的轨道测量与确定、卫星轨道与姿态的控制以及卫星工作状态的监视。其中，轨道测量与确定是确保卫星系统圆满完成其担负的航天任务的重要环节。轨道测量是利用无线电测量设备通过其发射的无线电波获取在轨运行卫星相对测量设备的距离、速度和角度数据；轨道确定是采用一定的算法和模型对获取的外测数据（距离、速度和角度数据）进行处理以确定卫星的精确运行轨道。

测控资源是指承担卫星测控工作的无线电设备（简称“测控设备”）。通常，测控设备安装于地面测控站内。每一个测控资源可同时跟踪测量的卫星数目取决于测控体制和卫星的运行轨道，测控资源调度就是根据测控计划合理分配测控设备实施对卫星的测控工作。

随着卫星星座的产生，出现了星间链路。星间链路（ISL——Inter Satellite Links）是指星座中卫星与卫星之间进行无线电信号传输的链路，链路的波束并不指向地球，而是指向其它卫星。对于测控系统来说，有了星间链路，相当于在空间建立了测控站，随之出现了天基测控技术。

图1是利用星间链路进行测定轨的示意图，前提条件是：地面测控站对目标星1和目标星2不可视。这时，节点卫星通过星间链路1和星间链路2与目标星1和目标星2进行相对距离测量，获取相对距离测量信息，该信息由星地链路传输至地面测控设备。同时，地面测控设备通过星地链路对节点卫星进行测量。最后，在地面融合星间和星地测量信息，完成对整个星座的轨道确定。

天基测控有效地缓解了地基测控资源的紧缺、减少了卫星在轨运行对地面的依赖程度、充分扩大了测控覆盖范围，与此同时，也产生了星地测控资源联合调度的需求。

为了解决星间链路的合理应用问题，科研人员开展了相关研究。检索公开文献表明：在测控资源调度问题的研究中，只有以低轨卫星为调度对象，分别针对地基或以中继卫星为天基测控资源展开的研究，还没有针对中轨卫星同时兼顾所有在轨运行的低轨卫星的星地联合测控资源一体化调度研究。在工程实际中，天、地基两类测控资源各有其特点，在某些环节上互补。再者，现有的测控资源调度方法均以数据传输为目的，据查阅没有相关报道和资料涉及到支持中低轨道卫星测定轨的星地测控资源联合调度问题的解决方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于：针对中低轨星座的精确定轨约束满足问题，发明一种易于实现、高效可行，能够支持中轨道卫星星座测定轨任务并兼顾当前在轨运行的所有低轨卫星测定轨任务的星地测控资源联合调度方法。

为了解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案。

一种基于定轨约束满足的中低轨星座星地测控资源联合调度方法，其步骤概括为：

①构建几何可见模型：根据中低轨星座的构型和轨道根数、地面测控站的几何布局和站址坐标，采用J2000地球惯性坐标系构建星地和星间的几何可见模型。

②构建链路可见模型：根据地面和星载测量设备的功能、以及星载天线的安装位置，构建星地和星间的链路可见模型。

③建立轨道确定的约束条件：以提高卫星轨道确定精度为目的，在多条可选测量链路的情况下，确定最佳的几何测量条件。

④预处理：根据链路可见模型获取目标卫星与测量设备之间的距离、方位和仰角数据；根据轨道确定的约束条件，确定所获取数据的有效性。按照确定的最小时间片对有效数据进行裁减，并建立有效测量链路矩阵。

⑤确定资源分配原则：根据测控资源的类型、特征和几何布局，确定单星测量时的资源分配原则，以及整体星座测定轨时的资源分配原则。

⑥建立星地测控资源联合调度模型：根据星地一体化测控资源描述方法，针对中低轨卫星星座的测轨、定轨任务，建立以加权满足率最大化为目标的星地联合测控资源调度约束满足模型。

⑦算法求解：针对步骤⑥得到的结果，采用改进型智能算法对其求解，以获得针对中低轨星座精密轨道确定为目的的星地测控资源联合调度结果。

作为本发明的进一步改进：

所述步骤③的具体过程为：