[发明专利]一种卫星临边探测方式下星座最小规模设计方法

说明书

本发明公开了一种卫星临边探测方式下星座最小规模设计方法，包括如下步骤：步骤A：计算临边探测方式下单星覆盖空域对应的地心角和单星不能覆盖的空白空域对应的地心角，步骤B：计算填补空白空域需要的卫星数量，构成一组无覆盖空白空域的卫星，步骤C：代入地理纬度要求计算这一组卫星覆盖空域对应的地心角，步骤D：对照全球360°全覆盖的要求计算需要的总的卫星数量。采用本发明确定的卫星星座数量，能够适应全球不同地理纬度带不同海拔高度以上空域全覆盖观测需求，确保了星座满足应用要求的同时使用的卫星数量最少，能够显著优化卫星星座方案。

技术领域

本发明涉及卫星星座设计领域，还涉及卫星轨道设计领域。

背景技术

随着卫星技术的不断发展，卫星服务于国民经济和国防建设的能力越来越强，各行各业对卫星的任务功能要求也日趋复杂，往往需要多颗卫星组网协同配合实现既定功能。当前大多数卫星均为直接对地探测方式，在装载成像相机或合成孔径雷达等有效载荷时，卫星对地面的可探测区域直观，对于覆盖探测需求设计方法已较为成熟。但是临边探测方式与直接对地探测方式不同，是对关注区域上空空域的探测，使得卫星探测时覆盖区域的计算方法与直接对地探测有所不同，因此，需要改变以往的设计方法，实现卫星星座规模优化设计。

发明内容

本发明针对卫星采用临边探测方式，对全球指定纬度区域的一定高度以上空域进行信息获取的需求，提出了一种确定卫星最小数量规模的设计方法，该方法能够满足某一地理纬度带全覆盖的要求，而且能够应用于任意海拔高度空域的探测任务，通过不同卫星轨道高度的迭代计算，能够得到随卫星轨道高度不同卫星星座最小规模的变化曲线，便于开展卫星星座的优化设计。目前没有发现同本发明类似的技术说明或报道。

本发明具体通过以下方案实现：

一种卫星临边探测方式下星座最小规模设计方法，适用于在任意地理纬度和海拔高度空域要求下的卫星星座最小数量设计，采用多颗卫星视场拼接的方式实现全球一定地理纬度空域的全覆盖，并且对拼接时是否满足地理纬度要求进行了有效性判断，星座内所有卫星的轨道高度一致，且均采用0°倾角轨道，通过代入不同轨道高度值迭代计算得到不同轨道高度下卫星星座最小规模；具体包括如下步骤：

步骤A：计算临边探测方式下单星覆盖空域对应的地心角和单星不能覆盖的空白空域对应的地心角；

步骤B：计算填补空白空域需要的卫星数量，构成一组无覆盖空白空域的卫星；

步骤C：代入地理纬度要求计算这一组卫星覆盖空域对应的地心角；

步骤D：对照全球360°全覆盖的要求计算需要的总的卫星数量。

所述步骤A中通过以下公式计算单星覆盖空域对应的地心角α：

式中，ψ₂为观测空域高度对应的地心角的余角，R为地球半径，h为需要观测的空域高度；

单星未覆盖空域对应的地心角β：

β＝2(α₁-α)。

式中，α₁为单星临边探测可覆盖最高纬度值。

所述步骤B分为两种类型：

类型一：当最高纬度值α₁小于90°，即覆盖不超过极点的情况

采用卫星视场紧密衔接部署方式后，所能够覆盖的地理纬度为gama：

式中，R为地球半径，α₁为单星临边探测可覆盖最高纬度值，α为单星覆盖空域对应的地心角；