[發明專利]一種衛星自主數傳快速判定及任務參數計算方法

在審

• 申請號: 202310057828.X
• 申請日: 2023-01-19
• 公開（公告）號: CN116208230A
• 公開（公告）日: 2023-06-02
• 發明（設計）人: 劉東宸;孟德利;范林東;賀小軍;戴路;任顥
• 申請（專利權）人: 長光衛星技術股份有限公司
• 主分類號: H04B7/185
• 分類號: H04B7/185
• 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: 付宏璇

本發明具體涉及一種衛星自主數傳快速判定及任務參數計算方法。所述方法包括如下步驟：步驟一，推導出需要用到的衛星星下點地面軌跡公式，輸入衛星對應的軌道參數，構建出對應的衛星星下點軌跡解析表達式；步驟二，根據數據傳輸站仰角限制與衛星軌道間的幾何關系，計算出星下點和地面站的數據傳輸距離限制；步驟三，依據星下點經緯度給出太陽高度角的計算公式，并根據太陽光照與衛星軌道間的幾何關系，計算出衛星數據傳輸時的太陽高度角限制；步驟四，結合數據傳輸距離限制和太陽高度角限制，篩選可以進行數據傳輸的地面站，并計算數據傳輸業務開始的執行時刻。計算效率遠高于傳統方法，滿足星載計算機的性能限制，能夠在星上自主運行。

技術領域

本發明屬于遙感衛星數傳任務參數計算領域，具體涉及一種衛星自主數傳快速判定及任務參數計算方法。

背景技術

隨著低軌遙感衛星的數量不斷增加，對于衛星星座的運營壓力也在不斷增加，許多原本在地面進行的工作，需要逐漸以星上自主完成的形式進行，衛星數傳任務規劃即是其中重要的一項。衛星數傳任務規劃即是按照提前規劃好的參數進行姿態機動，將數傳天線對準地面數傳站，以通過數傳站下傳數據。當同時管理的衛星數目過多時，由于測控限制、通信延遲以及受限的通信帶寬和時間窗口等因素，地面規劃任務量巨大且無法做出快速反應。因此實現星上自主數傳任務規劃可以大大降低人力壓力，同時能保證任務執行的流暢性。

對于星上自主任務數傳規劃，地面站的可數傳判定是判斷衛星在未來一段時間內能否對所有目標地面站進行數傳，任務參數計算即是計算數傳任務的開始時刻，配合地面站經緯度規劃任務。受計算能力的限制，星上自主數傳判定及任務參數計算需要在保證精度要求的條件下，計算效率盡量高。

傳統數傳任務能力判定及參數計算一般通過軌道積分的方法實現，對于單個或幾個地面站的計算，該方法適用。當衛星星座數目較多時，需求的地面站數量也會隨之大幅增加，對于星載計算機來說，地面站數量大幅增加占用的計算資源過大，短時間內無法完成計算。為了實現星上自主計算，需要改變計算方法，不能采用針對單個地面站逐一軌道遞推計算搜索的方法，而是需要一種能兼顧多個地面站的高效算法。

發明內容

為了解決上述問題，本發明提供一種衛星自主數傳快速判定及任務參數計算方法，滿足星上自主任務規劃的要求。

所述方法包括如下步驟：

步驟一，推導出需要用到的衛星星下點地面軌跡公式，輸入衛星對應的軌道參數，構建出對應的衛星星下點軌跡解析表達式；

步驟二，根據數據傳輸站仰角限制與衛星軌道間的幾何關系，計算出星下點和地面站的數據傳輸距離限制；

步驟三，依據星下點經緯度給出太陽高度角的計算公式，并根據太陽光照與衛星軌道間的幾何關系，計算出衛星數據傳輸時的太陽高度角限制；

步驟四，結合數據傳輸距離限制和太陽高度角限制，篩選可以進行數據傳輸的地面站，并計算數據傳輸業務開始的執行時刻。

進一步，步驟一中所述衛星星下點地面軌跡包括衛星經緯度軌跡和衛星起始點軌跡；所述衛星經緯度軌跡公式為：

其中和λ分別為地心緯度和地心經度，δ和α分別為赤緯和赤經。i為軌道傾角，u為緯度幅角，Ω為升交點赤經，w_E為地球自轉角速度，w_u是緯度幅角的變化率，W_Ω為升交點赤經的平均變化率；所述衛星起始點軌跡公式為：

其中常數項C表示為衛星當圈的升交點地理經度。

進一步，所述衛星經緯度軌跡公式應用于TOD坐標系下，僅考慮J₂平均攝動效果。

進一步，地面站與衛星星下點之間的限制球面距離表示為：