CN103112601B - 导航geo卫星与静止通信卫星共位方法 - Google Patents

导航geo卫星与静止通信卫星共位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种导航GEO卫星与静止通信卫星共位方法，包括以下步骤：（1）确定静止通信卫星的轨道控制需求和轨道控制规律；（2）确定导航GEO卫星相对于所述静止通信卫星的倾角矢量差的方向和倾角矢量差的变化规律；（3）确定所述导航GEO卫星相对于所述静止通信卫星的偏心率矢量差的方向；（4）若所述倾角矢量差与所述偏心率矢量差夹角和导航GEO卫星与所述静止通信卫星的相对距离不满足设定要求，则调整所述偏心率矢量差；（5）确定所述导航GEO卫星和所述静止通信卫星的共位策略。采用本发明针对导航GEO卫星的使命特点，解决了卫星安全共位运行的问题。

Description

导航GEO卫星与静止通信卫星共位方法
技术领域
本发明属于航天飞行器设计领域，涉及导航GEO卫星与静止通信卫星共位方法。
背景技术
地球静止轨道卫星由于其与地球自转同步的特性，被广泛地应用于通信、气象、导航等领域。随着各国对地球静止轨道的利用，静止轨道卫星日益增加，其轨位也变得日趋紧张，因此，可采用“多星共位”方式来解决轨道轨位资源紧张的问题。多星共位是指在一个定点位置放置两颗或多颗卫星，通过对轨道的控制使它们在运行过程中不越出给定的轨道区间(定点位置±0.1°)，同时要求卫星之间不能相互碰撞和干扰。其中防止星间的碰撞是最为基本的条件。
国际上最早于上世纪80年代出现双星或多星共位案例，典型的如ESA的奥林帕斯通信卫星定点于西经19度，在该轨位上曾先后与一颗德国、两颗法国卫星共位，四颗卫星采用偏心率偏置协调控制策略，共享±0.2°的经度区间。常用的共位方法有平经度隔离、偏心率隔离和倾角隔离，但这些共位方法不适合导航GEO卫星与静止通信卫星共位。
从以上分析可知，有必要提供导航GEO卫星与静止通信卫星共位方法来支持导航星座组网建设工作。
发明内容
本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种导航GEO卫星与静止通信卫星共位方法，该方法针对导航GEO卫星的使命特点，通过偏心率矢量差和倾角矢量差的设置以及相对距离的设置，以解决卫星安全共位运行的问题。
本发明的技术解决方案是：
一种导航GEO卫星与静止通信卫星共位方法，包括以下步骤：
(1)确定静止通信卫星的轨道控制需求和轨道控制规律；
(2)根据所述轨道控制需求和轨道控制规律确定导航GEO卫星相对于所述静止通信卫星的倾角矢量差的方向和倾角矢量差的变化规律；
(3)以所述导航GEO卫星相对于所述静止通信卫星的倾角矢量差的方向为基准，确定所述导航GEO卫星相对于所述静止通信卫星的偏心率矢量差的方向；
(4)若所述倾角矢量差与所述偏心率矢量差夹角和导航GEO卫星与所述静止通信卫星的相对距离不满足设定要求，则调整所述偏心率矢量差；
(5)根据调整后的所述偏心率矢量差以及所述倾角矢量差和所述导航GEO卫星与所述静止通信卫星的相对距离确定所述导航GEO卫星和所述静止通信卫星的共位策略。
所述步骤(2)利用高精度轨道运动模型对导航GEO卫星和静止通信卫星的轨道进行预报，同时根据地球非球形引力场、日月引力、太阳光压四种摄动因素确定所述倾角矢量差的方向和倾角矢量差的变化规律。
所述步骤(3)中所述偏心率矢量差的方向为与所述倾角矢量差的方向平行或反平行。
在所述步骤(4)中，所述倾角矢量差与所述偏心率矢量差夹角的设计要求为：所述偏心率矢量差与倾角矢量差夹角的设计要求不大于45度。
在所述步骤(4)中，所述相对距离的设计要求为不小于10km。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
本发明适用于导航GEO卫星与静止通信卫星共位，在方法中综合考虑了导航GEO卫星的使命特点、轨道倾角特点和东西轨道保持周期要求，满足工程实际的要求，便于进行工程操作。
在具体确定共位策略时，根据设计要求首先对初次确定的倾角矢量差与偏心率矢量差夹角和相对距离进行判断，并在不符合设计要求的情况下，对偏心率矢量差进行调整，并通过迭代的方式完成对各参数的确定。
采用本发明可适用于所有共位卫星共用同一经度区间的多星共位。并可满足用户对导航GEO卫星东西保持周期的要求。
附图说明
图1为本发明流程图；
具体实施方式
如图1所示，为本发明方法的流程框图，具体步骤如下：
第一步，确定待共位的静止通信卫星的轨道控制需求和轨道控制规律，该轨道控制需求和轨道控制规律包括：静止通信卫星的东西南北保持精度、静止通信卫星的的偏心率控制要求及策略，静止通信卫星的的轨道倾角控制规律等。通过确定该静止通信卫星的轨道控制需求和轨道控制规律可为导航GEO卫星与该卫星的共位策略做准备。
第二步，根据卫星的轨道控制需求和轨道控制规律确定导航GEO卫星相对于静止通信卫星的倾角矢量差的方向和倾角矢量差的变化规律。
在确定该倾角矢量差的方向和倾角矢量差的变化规律时，利用高精度轨道运动模型对导航GEO卫星和静止通信卫星的轨道进行预报，同时根据地球非球形引力场、日月引力、太阳光压四种摄动因素确定所述倾角矢量差的方向和倾角矢量差的变化规律。
第三步，以导航GEO卫星相对于静止通信卫星倾角矢量差的方向和变化规律为基准，对导航GEO卫星相对于静止通信卫星偏心率矢量差的方向进行设计，并最终确定该偏心率矢量差的方向。
在设计时，尽量使得偏心率矢量差与倾角矢量差间夹角小，理想情况是偏心率矢量差与倾角矢量差平行或者反平行。
第四步，仿真判断倾角矢量差与偏心率矢量差夹角和导航GEO卫星与静止通信卫星的相对距离是否满足设计要求，如果不满足，则调整该偏心率矢量差，并重新进行仿真判断，直至倾角矢量差与偏心率矢量差夹角和相对距离满足要求。
上述的设计要求为，对于夹角的设计要求，其与倾角矢量差夹角的要求不大于45度。对于相对距离，其设计要求为共位的两个卫星间的距离不小于10km。
第五步，根据上述第四步的调整后的偏心率矢量差以及倾角矢量差和相对距离，确定导航GEO卫星与静止通信卫星的共位策略，并根据该共位策略对导航GEO卫星进行共位操作。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (5)

1.一种导航GEO卫星与静止通信卫星共位方法，其特征在于，包括以下步骤：
(1)确定静止通信卫星的轨道控制需求和轨道控制规律；
(2)根据所述轨道控制需求和轨道控制规律确定导航GEO卫星相对于所述静止通信卫星的倾角矢量差的方向和倾角矢量差的变化规律；
(3)以所述导航GEO卫星相对于所述静止通信卫星的倾角矢量差的方向为基准，确定所述导航GEO卫星相对于所述静止通信卫星的偏心率矢量差的方向；
(4)若所述倾角矢量差与所述偏心率矢量差夹角和导航GEO卫星与所述静止通信卫星的相对距离不满足设定要求，则调整所述偏心率矢量差；
(5)根据调整后的所述偏心率矢量差以及所述倾角矢量差和所述导航GEO卫星与所述静止通信卫星的相对距离确定所述导航GEO卫星和所述静止通信卫星的共位策略。
2.根据权利要求1所述导航GEO卫星与静止通信卫星共位方法，其特征在于：所述步骤(2)利用高精度轨道运动模型对导航GEO卫星和静止通信卫星的轨道进行预报，同时根据地球非球形引力场、日月引力、太阳光压四种摄动因素确定所述倾角矢量差的方向和倾角矢量差的变化规律。
3.根据权利要求1所述导航GEO卫星与静止通信卫星共位方法，其特征在于：所述步骤(3)中所述偏心率矢量差的方向为与所述倾角矢量差的方向平行或反平行。
4.根据权利要求1所述导航GEO卫星与静止通信卫星共位方法，其特征在于：在所述步骤(4)中，所述倾角矢量差与所述偏心率矢量差夹角的设计要求为：所述偏心率矢量差与倾角矢量差夹角的设计要求不大于45度。
5.根据权利要求1所述导航GEO卫星与静止通信卫星共位方法，其特征在于：在所述步骤(4)中，所述相对距离的设计要求为不小于10km。
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