[發明專利]一種基于幾何解析法的廣域目標搜索星座設計方法

在審

• 申請號: 202110315168.1
• 申請日: 2021-03-24
• 公開（公告）號: CN113591263A
• 公開（公告）日: 2021-11-02
• 發明（設計）人: 范林東;戴路;王國剛;胡建龍;孟德利;劉東宸
• 申請（專利權）人: 長光衛星技術有限公司
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F119/20
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發明公開了一種基于幾何解析法的廣域目標搜索星座方法。基于約束條件，建立衛星軌道運動模型；基于衛星軌道運動模型，計算星下點的軌跡；基于衛星軌道運動模型確定衛星軌道傾角；基于衛星軌道傾角，計算成像幅寬；基于成像幅寬，建立軌道高度與相機半視場角的約束關系；基于約束關系計算赤道幅寬；基于赤道幅寬，計算單軌道面衛星數量；基于單軌道面衛星數量，計算星下點軌跡交叉緯度；基于星下點軌跡交叉緯度，增強重訪能力，形成混合星座。本發明解決對所有艦船的搜索與發現的問題。

技術領域

本發明涉及衛星星座設計領域，具體涉及一種基于幾何解析法的廣域目標搜索星座設計方法。

背景技術

覆蓋和重訪性能，是星座設計追求的兩個重要指標，一個可以快速的完成覆蓋和重訪的星座能夠獲取局部或全球目標的狀態信息，具有時效性強、連續性好的優點，尤其適用于廣域動態目標的搜索發現及跟蹤識別，具有重要的應用價值。

星座設計是一個多約束多峰值函數問題，至今尚無公認較為成熟的方法。自上個世紀60年代以來，Walker、Rider為代表的學者在衛星星座方面做了大量的研究，提出了星形星座、δ星座、玫瑰星座、Flower星座等星座構型，這幾種典型星座的特點是在運行空域中分布均勻，以期達到對地面的均勻覆蓋和重訪。如全球導航星座、銥星星座、GlobalStar星座均采用了上述均勻星座構型。后續星座設計的研究及工程實踐中往往是從初選一個簡單的典型星座開始，通過對星座進行性能評估、分析比對、反復迭代至得到滿足任務需求的最優或近優星座。因此，目前的星座優化設計一方面依賴于設計人員的成熟經驗，另一方面雖然有大量的輔助算法可以實現星座設計優化，但是這些算法普遍存在的一個問題是仿真計算占整個優化時間的90％以上，計算量大而且效率低。而且一旦星座具備較大規模(如Starlink星座衛星數量達到上萬顆)，其星座構型變化將呈階乘級數增長，即便采用尋優算法，也難以實現仿真計算需求。

發明內容

本發明提供一種基于幾何解析法的廣域目標搜索星座設計方法，解決對所有艦船的搜索與發現的問題。

本發明通過以下技術方案實現：

一種基于幾何解析法的廣域目標搜索星座設計方法，所述廣域目標搜索星座方法包括以下步驟：

步驟1：建立衛星軌道運動模型；

步驟2：基于步驟1的衛星軌道運動模型，計算星下點的軌跡；

步驟3：基于步驟2的星下點的軌跡或先驗知識，確定衛星軌道傾角；

步驟4；基于步驟2的星下點的軌跡，計算成像幅寬；

步驟5：基于成像幅寬與約束條件，建立軌道高度與相機半視場角的約束關系；

步驟6：基于步驟4的成像幅寬參數，計算赤道幅寬；

步驟7：基于步驟6的赤道幅寬參數，計算單軌道面衛星數量；

步驟8：基于步驟7的單軌道面衛星數量，計算星下點軌跡交叉緯度，即形成混合星座；

步驟9：對步驟8的星下點軌跡交叉緯度，增強重訪能力，提升混合星座的性能。

進一步的，所述步驟1的建立衛星軌道運動模型具體為，

根據牛頓萬有引力公式：

其中F為兩個物體之間的引力，G為萬有引力常量，r為兩個物體之間的距離；

描述衛星相對地球運動基本方程為：

其中μ為地球引力常數，t為運動時間；

地球引力位函數的一般形式為：