[發明專利]一種星下點圓跡地球同步軌道設計方法

有效

• 申請號: 201310631316.6
• 申請日: 2013-11-29
• 公開（公告）號: CN103678787A
• 公開（公告）日: 2014-03-26
• 發明（設計）人: 蒙波;李志;宋雨;王愛明;尹建鳳;陳新龍
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 龐靜

技術領域

本發明涉及一種人造地球衛星軌道設計方法，適用于星下點軌跡呈現圓形的地球同步軌道的軌道參數設計。

背景技術

地球同步軌道是指在軌衛星自西向東運行，軌道周期與地球自轉周期保持同步的衛星軌道，衛星在該軌道上運行一個周期的時間即為地球自轉一周的時間。地球自轉的周期為1個恒星日，即春分點連續兩次通過地球同一子午圈的上中天的時間間隔，1個恒星日的時長為23h56min4.1s（86164.1s）。顯然，要形成地球同步軌道，那么軌道周期也應當為23h56min4.1s，由軌道周期可計算出地球同步軌道的半長軸為42164km。

地球同步軌道形成條件主要由軌道半長軸決定，而隨著傾角、偏心率、升交點赤經、近地點幅角取不同的值，地球同步軌道可分為不同的種類，具有不同的特殊性質。目前地球同步軌道中應用較多的軌道是星下點位置基本不動的地球靜止軌道(GEO)和星下點軌跡呈相對赤道對稱“8”字的地球同步傾斜圓軌道(IGSO)。我國的高軌通信衛星基本都運行于GEO軌道，部分高軌導航衛星運行于IGSO軌道。

GEO軌道是地球同步軌道中的一種特例，同時具有以下特性的軌道就是GEO軌道：（1）軌道為地球同步軌道；（2）軌道的形狀是圓形，偏心率e=0；（3）軌道處在地球赤道平面內，傾角i=0。實際上理想的GEO軌道是不存在的，衛星在軌道上受到各種攝動力的作用，從地面上觀察，衛星不是固定不動的，而總是在東西經度方向和南北緯度方向漂移。對于工程實踐中的GEO軌道衛星，往往對其規定一個東西、南北方向的最大漂移范圍，當超出此范圍時，對衛星進行軌道控制，使其回到定點誤差范圍之內。

當GEO軌道的傾角不為0時，軌道就不處在地球赤道平面內，成為IGSO軌道。IGSO軌道衛星的漂移軌跡在當地水平面內呈跨南北半球的“8”字形，其星下點軌跡與赤道相交于一點。

目前，還有一種特殊的地球同步軌道正在進入人們的視野，這就是星下點圓跡地球同步軌道，它的特點是該軌道上的衛星星下點軌跡近似為一個相對赤道對稱的圓形，圓心位于赤道，這種軌道非常適用于天基合成孔徑雷達（SAR）對某重點區域的多角度對地觀測，從而獲得重點區域的三維成像信息。

通過給出星下點圓跡地球同步軌道的傾角、近地點幅角、升交點赤經、真近點角、偏心率等軌道參數的設計方法，可得出星下點圓跡地球同步軌道設計結果。目前國內外還沒有專門針對星下點圓跡地球同步軌道設計方法的公開文獻報道或專利報道。

發明內容

本發明的技術解決問題是：提出星下點軌跡呈現圓形的地球同步軌道的生成條件，利用該條件設計軌道參數，進而完成星下點圓跡地球同步軌道設計。

本發明的技術解決方案是：一種星下點圓跡地球同步軌道設計方法，步驟如下：

（1）分析確定星下點圓跡地球同步軌道生成條件：（1.1）軌道半長軸為42164km；（1.2）衛星每天在南北方向來回漂移；（1.3）衛星每天在東西方向來回漂移；（1.4）南北方向漂移的距離等于東西方向漂移的距離；（1.5）衛星每天兩次經過赤道，且兩次經過赤道時的星下點相對距離為衛星東西方向漂移距離；

（2）根據步驟（1）中的條件，確定同時滿足上述五個條件下的軌道參數，即軌道半長軸a，偏心率e，傾角i，升交點赤經Ω，近地點幅角ω，真近點角θ；利用確定的軌道參數完成星下點圓跡地球同步軌道的設計。

所述偏心率e的確定步驟如下：

首先計算衛星從近地點運行至軌道與赤道面交點處用時t_c；

然后根據t_c確定偏心率e；