[發明專利]一種實現柔性覆蓋全球通信星座的設計方法

有效

• 申請號: 202010555979.4
• 申請日: 2020-06-17
• 公開（公告）號: CN111800182B
• 公開（公告）日: 2021-05-18
• 發明（設計）人: 王彪;王軍虎;王學田;高洪民;王蒙蒙;李航
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185;H04W16/18;H04W84/06
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 李微微

本發明提出了一種實現柔性覆蓋全球通信星座的設計方法，結構算法簡單，能夠根據等效為橢球體地球的長半徑和短半徑、衛星高度、以及最小觀測角，快速計算空天地一體化星座架構中衛星星座上衛星環數量和衛星環上衛星個數；同時本發明設計方法也可以根據所要求的覆蓋區域重疊占覆蓋面積的比例，對通信衛星星座進行設計，從而實現通信衛星星座全球的柔性覆蓋，保障通信的實時性和傳輸效率，滿足高時敏、多任務協同等多樣性信息服務要求。

技術領域

本發明屬于空天地一體化信息網絡體系構架技術領域，具體涉及一種實現柔性覆蓋全球通信星座的設計方法。

背景技術

現有的通信星座設計方法，通常是用若干顆衛星均勻分布在同一軌道上組成一個衛星環，然再用若干衛星環組成衛星網，即最終所需的星座。

在同一軌道上等間隔放置k顆衛星組成一個衛星環，當k足夠大時，相鄰衛星Si和Si+1的覆蓋區將產生重疊，如圖1所示。

相鄰星下點角距l為：l＝360°/k。

當衛星的覆蓋角dl/2時，則相鄰衛星的覆蓋區有重疊。重疊部分的寬度為d_r，則

只有當d180°/k才有意義。以d_r為寬度的衛星覆蓋帶內的任一地點任何時刻至少能看到環內的一顆衛星。

在圖2中，過升交點N做垂直衛星軌道的大圓弧，其上P_L點距離升交點90°。左盲區的邊界是以P_L為中心，90°-d_r為半徑的小圓，則左盲區的赤緯范圍δ_Lmin～δ_Lmax，可得：

根據對稱性，從圖2可得右盲區的赤緯范圍δ_Rmin～δ_Rmax，滿足

如果P個衛星環，則在任一地點任一時刻至少可看到網內P-1顆星。為了使盲區不重疊，采用以下設計方法。

維度方向不重疊的要求：

90°-d_r≤i≤d_r

若衛星由P個環等間隔組成，各環升交點相距360°/P。則每環左(或右)盲區所占的經度范圍不超過360°/P，則盲區不重疊。因此經度方向的盲區不重疊的條件為：

現有技術只能根據盲區不重疊的條件得到星座的設計方法。在盲區不重疊的條件下，無法得到衛星最小重疊覆蓋比例。

發明內容

有鑒于此，本發明的目的是提供一種實現柔性覆蓋全球通信星座的設計方法，簡化計算方法，并且能實現通信衛星星座全球的柔性覆蓋。

一種實現柔性覆蓋全球通信星座的設計方法，包括如下步驟：

第一步、計算星座中每個衛星覆蓋面積，具體為：

設衛星某時刻的瞬時高度為h，記衛星最小觀測角為θ，對應覆蓋角記為β，地球半徑為r，則根據正弦定律得到：

化簡得到：

覆蓋區球冠底面半徑r′為：

r′＝rsinβ

覆蓋區面積為：

S＝2πr²(1-cosβ)