CN110113091B - 一种星座组网的轨道参数确定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种星座组网的轨道参数确定方法及装置，属于航天器轨道设计技术领域，包括：确定卫星以设定轨道高度对地球进行观测时的轨道半长轴、轨道倾角和每天绕地球旋转的圈数，卫星的观测轨道为太阳同步轨道、且为回归轨道；根据卫星每天绕地球旋转的圈数和设定的用于确定卫星观测范围的对地观测参数确定卫星的重访周期；根据卫星的重访周期和设定的对地观测频率确定组建星座组网需要的卫星颗数M；以M颗卫星组建星座组网，其中，星座组网中每颗卫星的轨道半长轴、轨道倾角、观测范围和重访周期均相同，确定当星座组网中M颗卫星的星下点轨迹均匀时各颗卫星之间的相位差，从而提供一种可实现全球覆盖快速重访的对地观测多星观测组网。

Description

一种星座组网的轨道参数确定方法及装置

技术领域

本申请涉及航天器轨道设计技术领域，尤其涉及一种星座组网的轨道参数确定方法及装置。

背景技术

对地观测是指在地球表面之外，利用空间的位置优势对地球进行观测的活动，其在国民经济、社会发展和国家安全方面都发挥着不可或缺的作用。

近年相继发展起来的气象卫星、资源卫星、海洋卫星等都属于对地观测卫星。然而，目前的对地观测卫星主要是单星观测，随着高分辨率遥感卫星的快速发展和观测需求的增多，对地观测模式亟需从最初的单星观测发展为多星观测，使得全球覆盖观测重访周期更短、覆盖范围更大，以及实现对特定任务目标需求的快速响应、持续动态监测等。

发明内容

本申请实施例提供一种星座组网的轨道参数确定方法及装置，用以提供一种星座组网的轨道参数确定方案。

第一方面，本申请实施例提供的一种星座组网的轨道参数确定方法，包括：

确定卫星以设定的轨道高度对地球进行观测时的轨道半长轴、轨道倾角和每天绕地球旋转的圈数，其中，卫星的观测轨道为太阳同步轨道、且为回归轨道；

根据卫星每天绕地球旋转的圈数和设定的用于确定卫星观测范围的对地观测参数，确定卫星的重访周期；

根据卫星的重访周期和设定的对地球上同一地点的观测频率，确定组建星座组网需要的卫星颗数M，M为大于1的整数；

以M颗卫星组建星座组网，其中，所述星座组网中每颗卫星的轨道半长轴、轨道倾角、观测范围和重访周期均相同；

确定当所述星座组网中M颗卫星的星下点轨迹均匀时各颗卫星之间的相位差。

本申请实施例中，确定卫星以设定的轨道高度对地球进行观测时的轨道半长轴、轨道倾角和每天绕地球旋转的圈数，其中，卫星的轨道为太阳同步轨道、且为回归轨道，根据卫星每天绕地球旋转的圈数和设定的用于确定卫星观测范围的对地观测参数确定卫星的重访周期，根据卫星的重访周期和设定的对地球上同一地点的观测频率，确定组建星座组网需要的卫星颗数M，以M颗卫星组建星座组网，其中，星座组网中每颗卫星的轨道半长轴、轨道倾角、观测范围和重访周期均相同，进而确定当星座组网中M颗卫星的星下点轨迹均匀时各颗卫星之间的相位差，从而提供一种可实现全球覆盖快速重访的对地观测多星观测组网。

可选地，以M颗卫星组建星座组网，包括：

将M颗卫星均组建在同一轨道面内；

将M颗卫星均组建在不同轨道面内；或者，

将M颗卫星组建在不同轨道面内、且每个轨道面内的卫星颗数均大于1。

可选地，确定当所述星座组网中M颗卫星的星下点轨迹均匀时各颗卫星之间的相位差，包括：

对所述星座组网中的每颗卫星，根据该卫星每天绕地球旋转的圈数、基准卫星的交点经度，该卫星与所述基准卫星之间的相对位置参数，确定该卫星的交点经度，其中，所述交点经度为升交点经度或者为降交点经度，所述基准卫星为所述星座组网中的任意一颗，所述相对位置参数包括轨迹编号或者包括轨道面编号和卫星编号；以及

根据该卫星的交点经度、该卫星每天绕地球旋转的圈数、该卫星所在轨道面与所述基准卫星所在轨道面之间的升交点赤经差，确定该卫星与所述基准卫星之间的相位差。

可选地，若所述相对位置参数包括轨迹编号，则对所述星座组网中第p个轨道面内的第j颗卫星，根据以下公式确定该卫星的交点经度λ_j,p：

其中，Q为该卫星每天绕地球旋转的圈数，l为该卫星的轨迹编号，l＝1,...,M，j＝1,...,m，p＝1,...,P，P为所述星座组网中的轨道面个数，m为每个轨道面内的卫星颗数，λ₀为所述基准卫星的交点经度。

可选地，若所述相对位置参数包括轨道面编号和卫星编号差，则对所述星座组网中第p个轨道面内的第j颗卫星，根据以下公式确定该卫星的交点经度λ_j,_p：

其中，Q为该卫星每天绕地球旋转的圈数，p为该卫星的轨道编号，j为该卫星在第p个轨道面内的卫星编号，j＝1,...,m，p＝1,...,P，P为所述星座组网中的轨道面个数，m为每个轨道面内的卫星颗数，λ₀为所述基准卫星的交点经度。

可选地，根据以下公式确定该卫星与所述基准卫星之间的相位差Δu_jp：

其中，ΔΩ_p为该卫星所在轨道面与所述基准卫星所在轨道面之间的升交点赤经差，K为大于零的整数，且满足0≤Δu_j,p≤2π。

可选地，若将所述星座组网中的M颗卫星均组建在同一轨道面内，则K＝1。

第二方面，本申请实施例提供的一种星座组网的轨道参数确定装置，包括：

轨道确定模块，用于确定卫星以设定的轨道高度对地球进行观测时的轨道半长轴、轨道倾角和每天绕地球旋转的圈数，其中，卫星的观测轨道为太阳同步轨道、且为回归轨道；

重访周期确定模块，用于根据卫星每天绕地球旋转的圈数和设定的用于确定卫星观测范围的对地观测参数，确定卫星的重访周期；

卫星颗数确定模块，用于根据卫星的重访周期和设定的对地球上同一地点的观测频率，确定组建星座组网需要的卫星颗数M，M为大于1的整数；

星座组网组建模块，用于以M颗卫星组建星座组网，其中，所述星座组网中每颗卫星的轨道半长轴、轨道倾角、观测范围和重访周期均相同；

相位差确定模块，用于确定当所述星座组网中M颗卫星的星下点轨迹均匀时各颗卫星之间的相位差。

可选地，星座组网组建模块具体用于：

将M颗卫星均组建在同一轨道面内；

将M颗卫星均组建在不同轨道面内；或者，

将M颗卫星组建在不同轨道面内、且每个轨道面内的卫星颗数均大于1。

可选地，所述相位差确定模块具体用于：

对所述星座组网中的每颗卫星，根据该卫星每天绕地球旋转的圈数、基准卫星的交点经度，该卫星与所述基准卫星之间的相对位置参数，确定该卫星的交点经度，其中，所述交点经度为升交点经度或者为降交点经度，所述基准卫星为所述星座组网中的任意一颗，所述相对位置参数包括轨迹编号或者包括轨道面编号和卫星编号；以及

根据该卫星的交点经度、该卫星每天绕地球旋转的圈数、该卫星所在轨道面与所述基准卫星所在轨道面之间的升交点赤经差，确定该卫星与所述基准卫星之间的相位差。

可选地，若所述相对位置参数包括轨迹编号，则对所述星座组网中第p个轨道面内的第j颗卫星，所述相位差确定模块具体用于根据以下公式确定该卫星的交点经度λ_j,p：

其中，Q为该卫星每天绕地球旋转的圈数，l为该卫星的轨迹编号，l＝1,...,M，j＝1,...,m，p＝1,...,P，P为所述星座组网中的轨道面个数，m为每个轨道面内的卫星颗数，λ₀为所述基准卫星的交点经度。

可选地，若所述相对位置参数包括轨道面编号和卫星编号，则所述相位差确定模块具体用于对所述星座组网中第p个轨道面内的第j颗卫星，根据以下公式确定该卫星的交点经度λ_j,p：

其中，Q为该卫星每天绕地球旋转的圈数，p为该卫星的轨道编号，j为该卫星在第p个轨道面内的卫星编号，j＝1,...,m，p＝1,...,P，P为所述星座组网中的轨道面个数，m为每个轨道面内的卫星颗数，λ₀为所述基准卫星的交点经度。

可选地，所述相位差确定模块具体用于根据以下公式确定该卫星与所述基准卫星之间的相位差Δu_jp：

其中，ΔΩ_p为该卫星所在轨道面与所述基准卫星所在轨道面之间的升交点赤经差，K为大于零的整数，且满足0≤Δu_j,p≤2π。

可选地，若将所述星座组网中的M颗卫星均组建在同一轨道面内，则K＝1。

第三方面，本申请实施例提供的一种电子设备，包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中：

存储器存储有可被至少一个处理器执行的指令，该指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行上述星座组网的轨道参数确定方法。

第四方面，本申请实施例提供的一种计算机可读介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令用于执行上述星座组网的轨道参数确定方法。

另外，第二方面至第四方面中任一种设计方式所带来的技术效果可参见第一方面中不同实现方式所带来的技术效果，此处不再赘述。

本申请的这些方面或其它方面在以下实施例的描述中会更加简明易懂。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1为本申请实施例提供的星座组网的轨道参数确定方法的流程图；

图2为本申请实施例提供的卫星对地观测的示意图；

图3为本申请实施例提供的同轨面星座组网的示意图；

图4为本申请实施例提供的同轨面星座组网中M颗卫星的星下点轨迹的分布示意图；

图5为本申请实施例提供的异轨面星座组网的示意图；

图6为本申请实施例提供的异轨面星座组网中M颗卫星的星下点轨迹的分布示意图；

图7为本申请实施例提供的一种同轨面和异轨面相混合的星座组网的示意图；

图8为本申请实施例提供的一种同轨面和异轨面相混合的星座组网中M颗卫星的星下点轨迹的分布示意图；

图9为本申请实施例提供的又一种同轨面和异轨面相混合的星座组网的示意图；

图10为本申请实施例提供的又一种同轨面和异轨面相混合的星座组网中M颗卫星的星下点轨迹的分布示意图；

图11为本申请实施例提供的用于实现星座组网的轨道参数确定方法的电子设备的硬件结构示意图；

图12为本申请实施例提供的星座组网的轨道参数确定装置的结构示意图。

具体实施方式

为了实现全球覆盖快速重访的对地观测，本申请实施例提供了一种星座组网的轨道参数确定方法及装置。

以下结合说明书附图对本申请的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本申请，并不用于限定本申请，并且在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

为了便于理解本申请，本申请涉及的技术术语中：

轨道倾角，是指卫星轨道面与地球赤道面之间的夹角，决定了轨道面与赤道面或与地轴之间的关系。

星下点，是地球中心与卫星的连线在地球表面上的交点，用地理经纬度表示，卫星正下方的地面点称为星下点，星下点的集合称为星下点轨迹。

太阳同步轨道，一般地，卫星轨道面绕地球自转轴旋转，如果卫星轨道面绕地球自转轴的旋转方向和角速度与地球绕太阳公转的方向和平均角速度相同，则这种轨道叫太阳同步轨道，简单地说就是卫星、太阳、地球保持三点一线。

回归轨道，星下点轨迹周期性出现重叠现象，即经过一定时间后，星下点轨迹又重新回到原来通过的路线，此类轨道称为回归轨道，重叠出现的周期称为回归周期。

重访周期，是指卫星连续两次观测同一地点所需的时间间隔。

两颗卫星的相位差，是指两颗卫星分别与地心相连所成的夹角。

纬度幅角，是指升交点与地心相连，和，卫星与地心相连所成的夹角，显然，对于任意两颗卫星而言，其相位差等于纬度幅角差。

降交点，是指卫星由北向南运行时，卫星的轨道面与赤道面的交点。

升交点，是指卫星由南向北运行时，卫星的轨道面与赤道面的交点。

升交点赤经，是指卫星轨道的升交点与春分点之间的角距。

太阳日，即一个昼夜。

平太阳，是一个假想的天体，它每年和真太阳同时从春分点出发，在天赤道上从西向东匀速运行，这个速度相当于真太阳在黄道上运行的平均速度，最后和真太阳同时回到春分点。

轨道周期：人造卫星绕地球一圈所需要的时间。

卫星的轨迹编号，比如星座组网包括M颗卫星，卫星编号为S1，S2，…，SM，则也会存在M条星下点轨迹，假设轨迹编号为l₁，l₂，…，l_M。在具体实施时，卫星编号可以和轨迹编号一一对应，即卫星S1的轨迹编号为l₁，卫星S2的轨迹编号为l₂，…，卫星SM的轨迹编号为l_M；卫星编号可以不和轨迹编号一一对应，比如，卫星S1的轨迹编号为l₂，卫星S2的轨迹编号为l_M，…，卫星SM的轨迹编号为l₂。

如图1所示，为本申请实施例提供的星座组网的轨道参数确定方法的流程图，包括以下步骤：

S101：确定卫星以设定的轨道高度对地球进行观测时的轨道半长轴、轨道倾角和每天绕地球旋转的圈数，其中，卫星的观测轨道为太阳同步轨道、且为回归轨道。

S102：根据卫星每天绕地球旋转的圈数和设定的用于确定卫星观测范围的对地观测参数确定卫星的重访周期。

在具体实施时，观测参数至少包括载荷视场角、最大侧摆角和对地观测旁向重叠率，卫星每天绕地球旋转的圈数等于观测轨道的回归轨道圈与回归轨道日的比值。

具体地，卫星的重访周期S为：

其中，R_E为地球赤道半径，Q为卫星每天绕地球旋转的圈数，W是卫星在观测轨道上的观测范围，可根据以下公式确定：

其中，γ为卫星可观测角，γ＝β+0.5α，α为载荷视场角，β为最大侧摆角，h为轨道高度。

S103：根据卫星的重访周期和设定的对地球上同一地点的观测频率确定组建星座组网需要的卫星颗数M。

其中，M为大于1的整数。

假设卫星的重访周期为4天、设定的对地观测频率为一天，则组建星座组网需要的卫星颗数M＝4。

S104：以M颗卫星组建星座组网，其中，星座组网中每颗卫星的轨道半长轴、轨道倾角、观测范围和重访周期均相同。

即以上述过程中确定的轨道半长轴、轨道倾角、卫星观测范围和重访周期为依据组建星座组网。

在具体实施时，可将M颗卫星均组建在同一轨道面内，即组成同轨面星座组网；也可将M颗卫星均组建在不同轨道面内，即组成异轨面星座组网；也可将M颗卫星组建在不同轨道面内、且每个轨道面内的卫星颗数均大于1，即组成同轨面和异轨面相混合的星座组网。

S105：确定当星座组网中M颗卫星的星下点轨迹均匀时各颗卫星之间的相位差。

在一种可能的实施方式下，不考虑卫星按照降交点经度顺序排列，而是任意指定满足均匀分布的降交点经度，比如M＝4，且卫星编号为1～4、轨迹编号为1～4，当每个卫星随机对应轨迹编号时，对星座组网中的每颗卫星，可根据该卫星每天绕地球旋转的圈数、基准卫星的交点经度，该卫星与基准卫星之间的轨迹编号，确定该卫星的交点经度，其中，交点经度为升交点经度或者为降交点经度，基准卫星为星座组网中的任意一颗卫星。

具体地，对星座组网中第p个轨道面内的第j颗卫星，可根据以下公式确定该卫星的交点经度λ_j,p：

其中，Q为该卫星每天绕地球旋转的圈数，l为该卫星的轨迹编号，l＝1,...,M，j＝1,...,m，p＝1,...,P，P为星座组网中的轨道面个数，m为每个轨道面内的卫星颗数，λ₀为基准卫星的交点经度。

进一步地，根据该卫星的交点经度、该卫星每天绕地球旋转的圈数、该卫星所在轨道面与基准卫星所在轨道面之间的升交点赤经差，确定该卫星与基准卫星之间的相位差。

比如，根据以下公式确定该卫星与基准卫星之间的相位差Δu_jp：

其中，ΔΩ_p为该卫星所在轨道面与基准卫星所在轨道面之间的升交点赤经差，K为大于零的整数，且满足0≤Δu_j,p≤2π；

由上述两个公式可知该卫星与基准卫星之间的相位差Δu_j,p为：

特别地，当星座组网中所有卫星位于同一轨道面上即P＝1时，K＝1。

在另一种可能的实施方式下，降交点经度按照先排列第1个轨道面内所有卫星，再排列第2个轨道面内所有卫星，依次下去，则对星座组网中的每颗卫星，可根据该卫星每天绕地球旋转的圈数、基准卫星的交点经度，该卫星与基准卫星之间的轨道面编号和卫星编号，确定该卫星的交点经度，其中，交点经度为升交点经度或者为降交点经度，基准卫星为星座组网中的任意一颗卫星。

具体地，对星座组网中第p个轨道面内的第j颗卫星，根据以下公式确定该卫星的交点经度λ_j,p：

其中，Q为该卫星每天绕地球旋转的圈数，p为该卫星的轨道编号，j为该卫星在第p个轨道面内的卫星编号，j＝1,...,m，p＝1,...,P，P为星座组网中的轨道面个数，m为每个轨道面内的卫星颗数，λ₀为基准卫星的交点经度。

进一步地，根据该卫星的交点经度、该卫星每天绕地球旋转的圈数、该卫星所在轨道面与基准卫星所在轨道面之间的升交点赤经差，确定该卫星与基准卫星之间的相位差。

比如，根据以下公式确定该卫星与基准卫星之间的相位差Δu_jp：

其中，ΔΩ_p为该卫星所在轨道面与基准卫星所在轨道面之间的升交点赤经差，K为大于零的整数，且满足0≤Δu_j,p≤2π；

由上述两个公式可知该卫星与基准卫星之间的相位差Δu_j,p为：

特别地，当星座组网中所有卫星位于同一轨道面上即P＝1时，K＝1。

本申请实施例中，根据设定的轨道高度和设定的对地观测参数，确定在设定的轨道高度对地球进行观测时卫星每天绕地球旋转的圈数，其中，观测轨道为太阳同步轨道、且为回归轨道，根据卫星每天绕地球旋转的圈数和设定的对地观测参数确定卫星的重访周期，进而根据卫星的重访周期和设定的对地观测周期确定组建星座组网需要的卫星颗数M，以M颗卫星组建星座组网，并确定当星座组网中M颗卫星的星下点轨迹均匀时各颗卫星之间的相位差，从而提供一种可实现全球覆盖快速重访的对地观测多星观测组网，利用多星观测组网可轻松实现全球覆盖快速重访的对地观测，且易实现对特定任务目标需求的快速响应、持续动态监测。

下面对本申请实施例中确定星座组网的轨道的思路进行介绍。

步骤一：太阳同步轨道设计。

卫星轨道平面的取向由升交点赤经Ω和轨道倾角i共同决定，由摄动理论可知，轨道倾角无平均变化，而Ω的平均变化率

为：

其中，J₂为地球非球形摄动的一阶长期项；μ为地球引力系数；a为轨道半长轴；R_E为地球赤道半径；e为轨道偏心率；i为轨道倾角。

由于

相当于轨道平面绕地球轴线的进动角速度，若其值等于地球的公转角速度，则轨道平面相对于太阳具有固定的取向，得到的轨道称为太阳同步轨道，即，太阳同步轨道的条件为：

其中，i_sso是太阳同步轨道的倾角。

步骤二:回归轨道设计。

回归轨道是指经过特定轨道日后，星下点轨迹重复出现的轨道。

定义轨道日P_EO为:

其中，ω_E为地球自转角速度。

卫星的交点周期P_nod为：

其中，

是近地点幅角的平均变化率；

是平近点角的平均变化率，其值分别为:

若在整数个轨道日D内，卫星绕地球旋转整数圈N，则满足星下点轨迹重复出现的条件，即，回归轨道条件可表示为：

D·P_EO＝N·P_nod (7)

其中，D,N为互质的整数，D为回归轨道日，N为回归轨道圈。

在轨道为太阳同步轨道的前提下，轨道日与太阳日相等，即P_EO＝86400s，定义太阳同步回归轨道的Q值为：

Q值表示一天内卫星绕地球的旋转圈数。

(1)访问特性

回归轨道的Q值决定了轨道星下点轨迹的位置和访问顺序。D天回归的轨道，绕地球N圈，N个交点(升交点或降交点)将地球的赤道周长分成了均等的N份，将相邻交点间的距离定义为“格点距离”δ_g，格点距离是空间上相邻两个交点间的距离，可知：

另外，卫星每天绕地球Q圈，连续两个交点间的距离定义为“基本交点距”δ_b，基本交点距是时间上相邻两个交点间的距离，则有：

由式(10)，可知δ_b＝δ_gD,即一个基本交点距δ_b被均分为D个格点距离δ_g。

(2)覆盖特性

参见图2，图2为本申请实施例提供的卫星对地观测的示意图，卫星的可观测范围W受卫星轨道高度h，载荷视场角α及最大侧摆角β的影响。取卫星处于赤道上空的可观测范围进行分析，可得卫星在赤道上空的可观测范围W的计算公式为:

其中，γ为卫星可观测角，γ＝β+0.5α。

(3)重访特性

对于回归周期较长的卫星，通常要求其具有比较快速的重访能力，即具有较短的重访周期。

重访周期是卫星有效载荷连续两次访问某地面目标的时间间隔，其值受到轨道高度、有效载荷的视场角、卫星侧摆能力等因素的影响。

重访周期S为：

根据卫星对地观测载荷的限制，希望S天后的地面轨迹与S天前的地面轨迹尽量较小，进而实现重访。

步骤三:太阳同步回归轨道参数设计。

太阳同步回归轨道卫星的主要特点有两个：一是轨道面和平太阳之间的夹角保持不变，这样就可以保证卫星星下点地方时在每个轨道周期内重复；二是卫星星下点轨迹经过一定的时间间隔后具有重复性，这样就能够定期、定时地经过特定区域上空。前者是对轨道面在惯性空间中的定向性提出了要求，轨道面进动角速度必须和平太阳在天球上的运动角速度相同；后者则是对卫星在非惯性坐标系(地固坐标系)中的空间运动特性提出了要求，卫星在特定时刻经过升交点或降交点。

因此，太阳同步回归轨道具有太阳同步轨道和回归轨道的双重性质，既能保证特定的光照条件，又能实现对特定区域的周期性观测。下面分别给出太阳同步轨道和回归轨道的形成条件，并将两者结合，给出太阳同步回归轨道的设计方法。

为保证对地观测条件的一致性，卫星轨道采用近圆轨道。设卫星对地观测载荷的视场角为α，卫星最大侧摆角为β，要求对地观测旁向重叠率为q，在指定的轨道高度范围内h₁≤h≤h₂确定太阳同步回归轨道。

由轨道高度范围确定轨道半长轴a的取值范围a₁≤a≤a₂。需要注意的是，太阳同步轨道通常为倾角90°附近的极轨轨道，轨道高度定义为相对地球平均高度R_M。

a₁＝h₁+R_M，a₂＝h₂+R_M (13)

由式(2)可确定太阳同步轨道倾角的取值范围i₁＜i＜i₂:

结合式(4)和(7)，得到:

已知轨道高度越高，交点周期越大，即P_no_d1≥P_nod2，可得轨道Q值的取值范围Q₂≤Q₁。

由式(11)可确定卫星的观测幅宽范围为W₁≤W₂:

卫星对地观测时，为了保证观测品质，通常在不考虑侧摆的情况下，要求相邻两条轨迹的观测幅宽具有一定的重叠率。考虑到重叠率的限制，卫星的有效观测幅宽为W_e＝W·q,得到卫星的有效观测幅宽范围为:W_e1≤W_e2。

要求卫星飞行一个回归轨道周期后满足全球覆盖，则N·W_e≥2πR_E，可得N的取值范围N₂≤N₁：

结合式(8)，由Q和N的取值范围，可得D的取值范围D₂≤D₁:

在D₂≤D≤D₁，N₂≤N≤N₁范围内确定优化的参数D,N。

再根据式(8)计算：

在半长轴a的取值范围a₁≤a≤a₂取a′，根据式(2)计算倾角i′，根据式(5)和(6)计算

和

再根据式(4)计算P′_nod，比较P′_nod与P_nod，迭代计算直到P′_nod与P_nod之差满足收敛门限，从而得到轨道半长轴的精确值a′以及轨道倾角的精确值i′，这样，单星太阳同步回归轨道参数a,i设计完毕。

步骤四：星座组网轨道参数设计。

太阳同步回归轨道约束了单星的半长轴和倾角，为保证卫星运行过程中对地观测条件的一致性，卫星轨道通常采用近圆轨道，近圆轨道约束了偏心率e和近地点幅角ω无需设计。卫星对地观测的光照条件应满足卫星降轨或升轨的当地地方时的要求，由卫星发射入轨时的升交点赤经Ω确定，即卫星对地观测的光照条件是通过发射窗口设计的。

星座组网所要求的各卫星之间的相对运动关系则需要通过对卫星之间的升交点赤经差和相位差这两个参数来实现。

已知，卫星基本交点距是时间上相邻两个交点间的距离

当卫星观测幅宽W小于基本交点距时，即W＜δ_b，卫星无法保证一天一次对地观测的重访，因此，需要通过增加卫星个数以满足一天一次地面观测重访的要求。

假设需要M颗卫星组网形成星座，按照轨迹均匀分布，M颗卫星将单颗卫星的基本交点距平分，即

当W＞δ_bm时，M颗卫星星座组网可实现一天一次的地面观测重访。

卫星星座组网是建立多颗卫星之间的相对位置关系，通过对卫星之间的升交点赤经差ΔΩ和相位差Δu进行设计，可得到同轨面组网、异轨面组网和同轨面/异轨面混合组网的不同星座设计方案。

1)同轨面组网

在同轨面组网中，所有卫星位于同一轨道面内，通过相位差形成轨迹差。当卫星之间相位差均匀时，升轨或降轨的轨迹排列就是均匀的，而且，由于卫星位于同一轨道面内，卫星的降交点地方时是相同的。

以一颗卫星为基准卫星，设基准卫星的降交点经度为λ₀，M颗卫星按顺序依次将基本交点距平分，以弧度表示，即

设卫星j与基准卫星之间的相位差为Δu_j，则卫星j的降交点经度满足下式：

其中，

是以卫星j与基准卫星之间的相位差来表示卫星j的降交点经度；

是以卫星j与基准卫星之间均匀平分的弧度差来表示卫星j的降交点经度；

通过式(20)可得，

卫星j与基准卫星之间的降交点圈次差Δq_j为：

式(22)表明，同轨面组网时，卫星j与基准卫星之间的降交点圈次差小于1，各星轨迹位于基准卫星的一个基本交点距内。

2)异轨面组网

在异轨面组网中，卫星位于不同的轨道面内，通过升交点赤经差形成轨迹差，但同时需要对卫星之间的相位差进行匹配，才能满足轨迹均匀分布，而且，由于卫星位于不同轨道面，卫星的降交点地方时不同。

设卫星p与基准卫星之间的升交点赤经相差为ΔΩ_p，M颗卫星按顺序依次将基本交点距平分，即

进一步，结合卫星p与基准卫星之间的相位差Δu_p使得异轨面组网实现轨迹均匀分布，具体地，卫星p的降交点经度满足下式：

其中，

是以卫星p与基准卫星之间的升交点赤经差和相位差来表示卫星p的降交点经度；

是以卫星p与基准卫星之间均匀平分的弧度差来表示卫星p的降交点经度。

通过式(23)可得：

其中，K为整数，且K的取值使得0≤Δu_p≤2π。

另外，由于各卫星的升交点赤经不同，因此其降交点地方时也不同。设基准卫星的降交点地方时为LTDN₀，各卫星的降交点地方时LTDN_p满足下列关系：

卫星p与基准卫星之间的降交点圈次差Δq_p为：

式(26)表明，异轨面组网时，卫星p与基准卫星之间的降交点圈次差有可能大于1，各星轨迹有可能位于基准卫星的不同基本交点距内，但仍均分了基本交点距。

3)同轨面/异轨面混合组网

同轨面/异轨面混合组网是同轨面组网和异轨面组网的组合。

设星座的卫星总数为M，卫星星座具有P个轨道面，每个轨道面内具有m个卫星，即m·P＝M。设第p个轨道面内第j个卫星的降交点经度为λ_j,p，并且降交点经度按照先排列第1个轨道面内所有卫星，再排列第2个轨道面内所有卫星，依次下去，则有

其中，j＝1,...,m；p＝1,...,P；K＝1,...，K为整数；

若不考虑卫星按照降交点经度顺序排列，而是任意指定满足均匀分布的降交点经度，则有：

其中，j＝1,...,m；p＝1,...,P；K＝1,...，K为整数；l代表第p个轨道面内第j颗卫星的轨迹编号，M颗卫星有M条卫星轨迹，所以l为1到M的整数。

下面结合具体的实施例对本申请实施例进行说明。

1)太阳同步回归轨道设计算例

设卫星轨道高度范围为499km-500km，载荷视场角为α＝40°，最大侧摆角为β＝45°，对地观测旁向重叠率为q＝50％。设计轨道参数范围如下：

根据式(14)可得轨道倾角范围：i₁＝97.37099°，i₂＝97.37476°。

根据式(15)可得交点周期范围：P_nod1＝5674.33133s，P_nod2＝5675.56778s。

不考虑卫星侧摆角，根据式(17)和W_e＝W·q，可得有效观测幅宽范围：

W_e1＝88.097km，W_e2＝88.274km。

根据式(16)可得轨道Q值范围：Q₁＝15.2265,Q₂＝15.2232。

根据式(18)可得最小轨道回归圈范围：N₁＝144.7977，N₂＝144.5078。

根据式(19)可得最小轨道回归日范围：D₁＝9.5096，D₂＝9.4926。

将轨道回归日D按整数依次增大，计算轨道回归圈N的下限N₂和上限N₁。轨道回归圈取整，并剔除回归日与回归圈不是互为质数的结果，即得到满足要求的轨道回归日和轨道回归圈，参见表1，表1为得到的太阳同步回归轨道中不同回归日对应的回归圈和轨道Q值。

表1.太阳同步回归轨道的回归日和回归圈

进一步地，根据轨道Q值可确定轨道半长轴和轨道倾角，最终确定的太阳同步回归轨道的参数参见表2。

表2太阳同步回归轨道的参数

2)星座组网设计算例

选定卫星太阳同步回归轨道参数为：高度499.779km，倾角97.3739°，回归轨道日为67天、回归圈为1020圈的轨道。

按照卫星载荷视场角为α＝40°，最大侧摆角β＝45°，根据式(11)，卫星的最大观测覆宽为：W_max＝647km。

根据式(12)，卫星的重访周期S≈4.07，即单颗卫星4天可完成对地观测重访，因此，若要实现每天对地观测重访，需配置至少4颗卫星构成星座组网，以满足一天一次重访的要求。

已知单颗卫星的基本交点距以度为单位表示为：

配置4颗卫星构成星座组网、并使得轨迹均匀分布时，星座的格点距离为：

(1)同轨面组网星座

参见图3，图3为本申请实施例提供的同轨面星座组网的示意图，设基准卫星为S1，根据式(21)，同轨面组网时，卫星j与基准卫星之间的相位差为Δu_j：

则：

卫星S2与基准卫星S1之间的相位差为：

卫星S3与基准卫星S1之间的相位差为：

卫星S4与基准卫星S1之间的相位差为：

满足轨迹均匀分布的同轨面组网星座的轨道设计参数如表3所示。

表3同轨面卫星组网星座轨道设计参数

注：Ω表示升交点赤经某取值使得降交点地方时满足观测光照要求；Y表示纬度幅角任意取值，卫星之间的纬度幅角差与卫星之间的相位差相等。

采用表4的同轨面组网星座卫星轨道根数，其中，圆轨道时近地点幅角与平近点角之和等于纬度幅角。外推轨道计算降交点参数进行验证，同轨面组网星座降交点参数参见表5，其中，计算模型考虑了地球32X32阶次的引力摄动。

表4同轨面组网星座卫星轨道根数

表5同轨面组网星座降交点参数

表5中，UTC为降交点历元，DNOD为降交点经度，LTDN为降交点地方时，同一行表示同一圈次的各颗卫星的降交点参数。

表5体现了同轨面组网星座的特点：

a)4颗卫星的降交点经度顺次排列，依次减少一个格点距离、约5.9°，即依次西退约5.9°，由于是同轨面，4颗卫星相邻轨迹位于同一圈次。

b)4颗卫星的降交点历元依次向后顺延约23m30s，历元相差小于一个交点周期。

c)4颗卫星的降交点地方时基本一致，均约为10:30。

因此，轨迹均匀分布的同轨面组网星座，轨迹按照星座交点距依次西退排列，降交点时间依次向后顺延被卫星个数均分的交点周期时间，星座各卫星的降交点地方时基本一致，各星具有相同的对地观测光照条件。

参见图4，图4为本申请实施例提供的同轨面星座组网中M颗卫星的星下点轨迹的分布示意图，其中，浅灰色实线代表卫星S1的星下点轨迹；黑色点画线代表卫星S2的星下点轨迹，黑色虚线代表卫星S3的星下点轨迹，黑色实线代表卫星S4的星下点轨迹。

(2)异轨面组网星座

根据式(24)，异轨面组网时，卫星p与基准卫星之间的升交点赤经相差ΔΩ_p，卫星p与基准卫星之间的相位差为Δu_p：

其中，K的取值使得0≤Δu_p≤2π。

参见图5，图5为本申请实施例提供的异轨面星座组网的示意图，按照4个轨道面间隔均匀，每个轨道面内具有1颗卫星，进行组网星座设计。

假设设定的ΔΩ₁＝0°,ΔΩ₂＝15°,ΔΩ₃＝30°,ΔΩ₄＝45°，则有，卫星S2与基准卫星S1的相位差为：

卫星S3与基准卫星S1的相位差为：

卫星S4与基准卫星S1的相位差为：

前面已说明，K的取值为使得0≤u_p≤2π。

从上述结果注意到：

p＝2,ΔΩ₂＝15°，K的取值K＝1，表明，卫星S2与基准卫星S1的相邻轨迹位于同一圈次；

p＝3,ΔΩ₃＝30°，K的取值K＝2，表明，卫星S3与基准卫星S1的相邻轨迹相差一个圈次，卫星3在基准卫星S1之后1个圈次；

p＝4,ΔΩ₄＝45°，K的取值K＝3，表明，卫星S4与基准卫星S1的相邻轨迹相差两个圈次，卫星S4在基准卫星S1之后2个圈次。

这是由于卫星升交点赤经相差ΔΩ_p引起的轨迹相邻但圈次相差的原因。

已知单星基本交点距约为23.65°，ΔΩ₂＝15°小于23.65°，所以卫星S2与基准卫星S1的相邻轨迹位于同一圈次；ΔΩ₃＝30°大于23.65°，所以卫星S3与基准卫星S1的相邻轨迹相差一个圈次，卫星S3在基准卫星S1之后1个圈次；ΔΩ₄＝45°接近于2倍的23.65°，所以卫星S4与基准卫星S1的相邻轨迹相差两个圈次，卫星S4在基准卫星S1之后2个圈次。在计算中，根据匹配的相位差具体确定K的取值，即圈次相差的数值。

满足轨迹均匀分布的异轨面组网星座的轨道设计参数如表6所示。

表6异轨面卫星组网星座轨道设计参数

注：Ω表示升交点赤经某取值使得降交点地方时满足观测要求；Y表示纬度幅角任意取值。

采用表7的异轨面组网星座卫星轨道根数，外推轨道计算降交点参数进行验证，异轨面组网星座降交点参数参见表8。

表7异轨面组网星座卫星轨道根数

表8.异轨面组网星座降交点参数

表8体现了异轨面组网星座的特点：

a)4颗卫星的降交点经度顺次排列，依次减少一个格点距离、约5.9°，即依次西退约5.9°；但由于是异轨面，4颗卫星相邻轨迹不是全部位于同一圈次，其中，卫星S2与基准卫星S1的相邻轨迹位于同一圈次；卫星S3与基准卫星S1相邻轨迹相差一个圈次，卫星S3在基准卫星S1之后1个圈次；卫星S4与基准卫星S1相邻轨迹相差两个圈次，卫星S4在基准卫星S1之后2个圈次。

b)卫星S2与基准卫星S1的降交点历元相差约1h22m，小于一个交点周期；卫星S3与基准卫星S1的降交点历元相差约2h47m，大于一个交点周期；卫星S4与基准卫星S1的降交点历元相差约4h04m，大于两个交点周期；这也印证了4颗卫星相邻轨迹不是全部位于同一圈次；

c)由于4颗卫星的升交点赤经依次相差15°，所以4颗卫星的降交点地方时依次后延1h，分别为10:30、11:30、12:30、13:13。

因此，轨迹均匀分布的异轨面组网星座，卫星降交点经度顺次排列，但卫星相邻轨迹不是全部位于同一圈次，相差圈次与升交点赤经差相关，卫星降交点时间也与相差圈次相关。星座各卫星的降交点地方时不同，各星具有不同的对地观测光照条件。

参见图6，图6为本申请实施例提供的异轨面星座组网中M颗卫星的星下点轨迹的分布示意图，其中，浅灰色实线代表卫星S1的星下点轨迹；黑色点画线代表卫星S2的星下点轨迹，黑色虚线代表卫星S3的星下点轨迹，黑色实线代表卫星S4的星下点轨迹。

(3)同轨面/异轨面混合组网星座

1)组网卫星降交点经度顺序排列。

设同轨面/异轨面的混合组网星座设计2个轨道面、每个轨道面内有2颗卫星，即P＝2，m＝2，M＝4，参见图7，图7为本申请实施提供的一种同轨面和异轨面相混合的星座组网的示意图，其中，卫星S1和卫星S2位于第1个轨道面内，卫星S3和卫星S4位于第2个轨道面内。

根据式(27)，有：

根据式(28)，有：

第1个轨道面内的卫星为S_1,1、S_2,1，参见图7，其中，卫星S1为S_1,1，卫星S2为S_2,1。设S_1,1为基准卫星，其轨迹为λ_1,1＝λ₀，则卫星S_2,1的轨迹为：

卫星S_2,1与卫星S_1,1的相位差为：

第2个轨道面内的卫星为S_1,2、S_2,2，继续参见图7，其中，卫星S3为S_1,2，卫星S4为S_2,2，假设第2个轨道面升交点赤经与第1个轨道面升交点赤经相差45°，则卫星S_1,2轨迹为：

卫星S_1,2与卫星S_1,1的相位差为：

卫星S_2,2轨迹为：

卫星S_2,2与卫星S_1,1的相位差为：

满足轨迹均匀分布的同轨面/异轨面混合组网星座的轨道设计参数如表9所示。

表9同轨面/异轨面混合组网星座轨道设计参数

注：Ω表示升交点赤经某取值使得降交点地方时满足观测要求；Y表示纬度幅角任意取值。

采用表10的同轨面/异轨面混合组网星座卫星轨道根数，外推轨道计算降交点参数进行验证，结果见表11。

表10同轨面/异轨面混合组网星座卫星轨道根数

表11同轨面/异轨面组网星座降交点参数

表11体现了同轨面/异轨面混合组网星座的特点：

a)同轨面/异轨面混合组网星座兼具同轨面星座和异轨面星座的特点。

b)卫星S2,1与基准卫星S1,1是同轨面，相邻轨迹相差一个格点距离、约5.9°，位于同一圈次；两颗卫星的降交点历元相差约23m30s，约四分之一交点周期。同样，卫星S1,2与卫星S2,2是同轨面，相邻轨迹相差一个格点距离、约5.9°，位于同一圈次；两颗卫星的降交点历元相差约23m30s，约四分之一交点周期。

c)卫星S1,2和卫星S2,2与卫星S1,1和卫星S2,1分别位于两个轨道面，由于升交点赤经相差45°，卫星S1,2和卫星S2,2与卫星S1,1和卫星S2,1相邻轨迹相差两个圈次，卫星S1,2和卫星S2,2在卫星S1,1和卫星S2,1之后两个圈次；相对于卫星S1,1，卫星S1,2的降交点历元相差约3h47m，卫星S2,2的降交点历元相差约4h11m，均大于两个交点周期。

d)卫星S1,1与卫星S2,1的降交点地方时为10:30，卫星S1,2与卫星S2,2的降交点地方时为13:30,与两组轨道升交点赤经相差45°相匹配。

参见图8，为本申请实施例提供的一种同轨面和异轨面相混合的星座组网中M颗卫星的星下点轨迹的分布示意图，其中，浅灰色实线代表卫星S1,1的星下点轨迹，图中标识为S1；浅灰色点画线代表卫星S2,1的星下点轨迹，图中标识为S2；黑色虚线代表卫星S1,2的星下点轨迹，图中标识为S3；黑色实线代表卫星S2,2的星下点轨迹，图中标识为S4。

2)组网卫星降交点经度指定排列。

设同轨面/异轨面的混合组网星座设计2个轨道面、每个轨道面内有2颗卫星，即P＝2，m＝2，M＝4，参见图9，图9为本申请实施例提供的又一同轨面和异轨面相混合的星座组网的示意图，其中，卫星S1和卫星S2位于第1个轨道面内，卫星S3和卫星S4位于第2个轨道面内，卫星S4位于地球背面所以未示出。

根据式(29)，有：

根据式(30)，有：

第1个轨道面内的卫星为S_1,1、S_2,1，参见图9，其中，卫星S1为S_1,1，卫星S2为S_2,1，设S_1,1为基准卫星，其轨迹为λ_1,1＝λ₀，卫星S_2,1轨迹取为l＝3，则卫星S₂,₁轨迹为：

卫星S_2,1与卫星S_1,1的相位差为：

第2个轨道面内的卫星为S_1,2、S_2,2，继续参见图9，其中，卫星S3为S_1,2，卫星S4为S_2,2，第2个轨道面升交点赤经与第1个轨道面升交点赤经相差45°。

卫星S_1,2轨迹取为l＝2，则卫星S_1,2轨迹为：

卫星S_1,2与卫星S_1,1的相位差为：

卫星S_2,2轨迹取为l＝4：

卫星S_2,2与卫星S_1,1的相位差为：

满足轨迹均匀分布的同轨面/异轨面混合组网星座的轨道设计参数如表12所示。

表12同轨面/异轨面混合组网星座轨道设计参数

注：Ω表示升交点赤经某取值使得降交点地方时满足观测要求；Y表示纬度幅角任意取值。

采用表13的同轨面/异轨面混合组网星座卫星轨道根数，外推轨道计算降交点参数进行验证，结果见表14。

表13同轨面/异轨面混合组网星座卫星轨道根数

表14同轨面/异轨面组网星座降交点参数

表14体现了同轨面/异轨面混合组网星座的特点：

a)同轨面/异轨面混合组网星座兼具同轨面星座和异轨面星座的特点。

b)卫星S1,1与卫星S2,1是同轨面，相邻轨迹相差2个格点距离、约11.81°，位于同一圈次，2颗卫星的降交点历元相差约47m，约半个交点周期。同样，卫星S1,2与卫星S2,2是同轨面，相邻轨迹相差2个格点距离、约11.81°，位于同一圈次，2颗卫星的降交点历元相差约47m，约半个交点周期。

c)卫星S1,2和卫星S2,2与卫星S1,1和卫星S2,1分别位于2个轨道面，由于升交点赤经相差45°，卫星S1,2和卫星S2,2与卫星S1,1和卫星S2,1相邻轨迹相差两个圈次，卫星S1,2和卫星S2,2在卫星S1,1和卫星S2,1之后2个圈次；相对于卫星S1,1，卫星S1,2的降交点历元相差约3h24m，卫星S2,2的降交点历元相差约4h11m，均大于两个交点周期。

d)卫星S2,1与卫星S1,1的降交点地方时为10:30，卫星S1,2与卫星S2,2的降交点地方时为13:30,与两组轨道升交点赤经相差45°相匹配。

参见图10，为本申请实施例提供的又一种同轨面和异轨面相混合的星座组网中M颗卫星的星下点轨迹的分布示意图，其中，浅灰色实线代表卫星S1,1的星下点轨迹，图中标识为S1；浅灰色点画线代表卫星S2,1的星下点轨迹，图中标识为S2；黑色虚线代表卫星S1,2的星下点轨迹，图中标识为S3；黑色实线代表卫星S2,2的星下点轨迹，图中标识为S4。

本申请提出了一种基于轨迹均匀分布的对地观测星座组网设计方法，根据卫星轨道高度范围和载荷观测特性，设计了单星太阳同步回归轨道参数；为满足一天一次对地观测的重访要求，设计多颗卫星组网构成星座，基于轨迹均匀分布平分单颗卫星的基本交点距，从而通过多星组网星座实现一天一次的地面观测重访。通过对卫星相对基准卫星的升交点赤经差和相位差进行设计，给出了同轨面组网、异轨面组网和同轨面/异轨面混合组网的星座设计方法。结合星座组网设计算例，分析了不同组网方式的星座构型和地面轨迹规律。

参见图11所示，为本申请实施例提供的一种电子设备的结构示意图，该电子设备包括收发器1101以及处理器1102等物理器件，其中，处理器1102可以是一个中央处理单元(central processing unit，CPU)、微处理器、专用集成电路、可编程逻辑电路、大规模集成电路、或者为数字处理单元等等。收发器1101用于电子设备和其他设备进行数据收发。

该电子设备还可以包括存储器1103用于存储处理器1102执行的软件指令，当然还可以存储电子设备需要的一些其他数据，如电子设备的标识信息、电子设备的加密信息、用户数据等。存储器1103可以是易失性存储器(volatile memory)，例如随机存取存储器(random-access memory，RAM)；存储器1103也可以是非易失性存储器(non-volatilememory)，例如只读存储器(read-only memory，ROM)，快闪存储器(flash memory)，硬盘(hard disk drive，HDD)或固态硬盘(solid-state drive，SSD)、或者存储器1103是能够用于携带或存储具有指令或数据结构形式的期望的程序代码并能够由计算机存取的任何其他介质，但不限于此。存储器1103可以是上述存储器的组合。

本申请实施例中不限定上述处理器1102、存储器1103以及收发器1101之间的具体连接介质。本申请实施例在图11中仅以存储器1103、处理器1102以及收发器1101之间通过总线1104连接为例进行说明，总线在图11中以粗线表示，其它部件之间的连接方式，仅是进行示意性说明，并不引以为限。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图11中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。

处理器1102可以是专用硬件或运行软件的处理器，当处理器1102可以运行软件时，处理器1102读取存储器1103存储的软件指令，并在所述软件指令的驱动下，执行前述实施例中涉及的星座组网的轨道参数确定方法。

当本申请实施例中提供的方法以软件或硬件或软硬件结合实现的时候，电子设备中可以包括多个功能模块，每个功能模块可以包括软件、硬件或其结合。具体的，参见图12所示，为本申请实施例提供的星座组网的轨道参数确定装置的结构示意图，包括轨道确定模块1201、重访周期确定模块1202、卫星颗数确定模块1203、星座组网组建模块1204、相位差确定模块1205。

轨道确定模块1201，用于确定卫星以设定的轨道高度对地球进行观测时的轨道半长轴、轨道倾角和每天绕地球旋转的圈数，其中，卫星的观测轨道为太阳同步轨道、且为回归轨道；

重访周期确定模块1202，用于根据卫星每天绕地球旋转的圈数和设定的用于确定卫星观测范围的对地观测参数，确定卫星的重访周期；

卫星颗数确定模块1203，用于根据卫星的重访周期和设定的对地球上同一地点的观测频率，确定组建星座组网需要的卫星颗数M，M为大于1的整数；

星座组网组建模块1204，用于以M颗卫星组建星座组网，其中，所述星座组网中每颗卫星的轨道半长轴、轨道倾角、观测范围和重访周期均相同；

相位差确定模块1205，用于确定当所述星座组网中M颗卫星的星下点轨迹均匀时各颗卫星之间的相位差。

可选地，星座组网组建模块1204具体用于：

将M颗卫星均组建在同一轨道面内；

将M颗卫星均组建在不同轨道面内；或者，

将M颗卫星组建在不同轨道面内、且每个轨道面内的卫星颗数均大于1。

可选地，所述相位差确定模块1205具体用于：

对所述星座组网中的每颗卫星，根据该卫星每天绕地球旋转的圈数、基准卫星的交点经度，该卫星与所述基准卫星之间的相对位置参数，确定该卫星的交点经度，其中，所述交点经度为升交点经度或者为降交点经度，所述基准卫星为所述星座组网中的任意一颗，所述相对位置参数包括轨迹编号或者包括轨道面编号和卫星编号；以及

根据该卫星的交点经度、该卫星每天绕地球旋转的圈数、该卫星所在轨道面与所述基准卫星所在轨道面之间的升交点赤经差，确定该卫星与所述基准卫星之间的相位差。

可选地，若所述相对位置参数包括轨迹编号，则对所述星座组网中第p个轨道面内的第j颗卫星，所述相位差确定模块1205具体用于根据以下公式确定该卫星的交点经度λ_j,p：

其中，Q为该卫星每天绕地球旋转的圈数，l为该卫星的轨迹编号，l＝1,...,M，j＝1,...,m，p＝1,...,P，P为所述星座组网中的轨道面个数，m为每个轨道面内的卫星颗数，λ₀为所述基准卫星的交点经度。

可选地，若所述相对位置参数包括轨道面编号和卫星编号，则所述相位差确定模块1205具体用于对所述星座组网中第p个轨道面内的第j颗卫星，根据以下公式确定该卫星的交点经度λ_j,p：

其中，Q为该卫星每天绕地球旋转的圈数，p为该卫星的轨道编号，j为该卫星在第p个轨道面内的卫星编号，j＝1,...,m，p＝1,...,P，P为所述星座组网中的轨道面个数，m为每个轨道面内的卫星颗数，λ₀为所述基准卫星的交点经度。

可选地，所述相位差确定模块1205具体用于根据以下公式确定该卫星与所述基准卫星之间的相位差Δu_jp：

其中，ΔΩ_p为该卫星所在轨道面与所述基准卫星所在轨道面之间的升交点赤经差，K为大于零的整数，且满足0≤Δu_j,p≤2π。

可选地，若将所述星座组网中的M颗卫星均组建在同一轨道面内，则K＝1。

本申请实施例中对模块的划分是示意性的，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理器中，也可以是单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个模块中。各个模块相互之间的耦合可以是通过一些接口实现，这些接口通常是电性通信接口，但是也不排除可能是机械接口或其它的形式接口。因此，作为分离部件说明的模块可以是或者也可以不是物理上分开的，既可以位于一个地方，也可以分布到同一个或不同设备的不同位置上。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。

本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，存储为执行上述处理器所需执行的计算机可执行指令，其包含用于执行上述处理器所需执行的程序。

在一些可能的实施方式中，本申请提供的星座组网的轨道参数确定方法的各个方面还可以实现为一种程序产品的形式，其包括程序代码，当所述程序产品在电子设备上运行时，所述程序代码用于使所述电子设备执行本说明书上述描述的根据本申请各种示例性实施方式的星座组网的轨道参数确定方法中的步骤。

所述程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以是——但不限于——电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

本申请的实施方式的用于星座组网的轨道参数确定的程序产品可以采用便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)并包括程序代码，并可以在计算设备上运行。然而，本申请的程序产品不限于此，在本文件中，可读存储介质可以是任何包含或存储程序的有形介质，该程序可以被指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用。

可读信号介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号，其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式，包括——但不限于——电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读信号介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质，该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。

可读介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输，包括——但不限于——无线、有线、光缆、RF等等，或者上述的任意合适的组合。

可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本申请操作的程序代码，所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等，还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络——包括局域网(LAN)或广域网(WAN)—连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。

应当注意，尽管在上文详细描述中提及了装置的若干单元或子单元，但是这种划分仅仅是示例性的并非强制性的。实际上，根据本申请的实施方式，上文描述的两个或更多单元的特征和功能可以在一个单元中具体化。反之，上文描述的一个单元的特征和功能可以进一步划分为由多个单元来具体化。

此外，尽管在附图中以特定顺序描述了本申请方法的操作，但是，这并非要求或者暗示必须按照该特定顺序来执行这些操作，或是必须执行全部所示的操作才能实现期望的结果。附加地或备选地，可以省略某些步骤，将多个步骤合并为一个步骤执行，和/或将一个步骤分解为多个步骤执行。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、装置(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种星座组网的轨道参数确定方法，其特征在于，包括：

确定卫星以设定的轨道高度对地球进行观测时的轨道半长轴、轨道倾角和每天绕地球旋转的圈数，其中，卫星的观测轨道为太阳同步轨道、且为回归轨道；

根据卫星每天绕地球旋转的圈数和设定的用于确定卫星观测范围的对地观测参数，确定卫星的重访周期；

根据卫星的重访周期和设定的对地球上同一地点的观测频率，确定组建星座组网需要的卫星颗数M，M为大于1的整数；

以M颗卫星组建星座组网，其中，所述星座组网中每颗卫星的轨道半长轴、轨道倾角、观测范围和重访周期均相同；

确定当所述星座组网中M颗卫星的星下点轨迹均匀时各颗卫星之间的相位差。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，以M颗卫星组建星座组网，包括：

将M颗卫星均组建在同一轨道面内；

将M颗卫星均组建在不同轨道面内；或者，

将M颗卫星组建在不同轨道面内、且每个轨道面内的卫星颗数均大于1。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，确定当所述星座组网中M颗卫星的星下点轨迹均匀时各颗卫星之间的相位差，包括：

对所述星座组网中的每颗卫星，根据该卫星每天绕地球旋转的圈数、基准卫星的交点经度，该卫星与所述基准卫星之间的相对位置参数，确定该卫星的交点经度，其中，所述交点经度为升交点经度或者为降交点经度，所述基准卫星为所述星座组网中的任意一颗，所述相对位置参数包括轨迹编号或者包括轨道面编号和卫星编号；以及

根据该卫星的交点经度、该卫星每天绕地球旋转的圈数、该卫星所在轨道面与所述基准卫星所在轨道面之间的升交点赤经差，确定该卫星与所述基准卫星之间的相位差。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，若所述相对位置参数包括轨迹编号，则对所述星座组网中第p个轨道面内的第j颗卫星，根据以下公式确定该卫星的交点经度λ_j,p：

其中，Q为该卫星每天绕地球旋转的圈数，l为该卫星的轨迹编号，l＝1,...,M，j＝1,...,m，p＝1,...,P，P为所述星座组网中的轨道面个数，m为每个轨道面内的卫星颗数，λ₀为所述基准卫星的交点经度。

5.如权利要求3所述的方法，其特征在于，若所述相对位置参数包括轨道面编号和卫星编号，则对所述星座组网中第p个轨道面内的第j颗卫星，根据以下公式确定该卫星的交点经度λ_j,p：

其中，Q为该卫星每天绕地球旋转的圈数，p为该卫星的轨道面编号，j为该卫星在第p个轨道面内的卫星编号，j＝1,...,m，p＝1,...,P，P为所述星座组网中的轨道面个数，m为每个轨道面内的卫星颗数，λ₀为所述基准卫星的交点经度。

6.如权利要求4或5所述的方法，其特征在于，根据以下公式确定该卫星与所述基准卫星之间的相位差Δu_jp：

其中，ΔΩ_p为该卫星所在轨道面与所述基准卫星所在轨道面之间的升交点赤经差，K为大于零的整数，且满足0≤Δu_j,p≤2π。

7.如权利要求6所述的方法，其特征在于，若将所述星座组网中的M颗卫星均组建在同一轨道面内，则K＝1。

8.一种星座组网的轨道参数确定装置，其特征在于，包括：

轨道确定模块，用于确定卫星以设定的轨道高度对地球进行观测时的轨道半长轴、轨道倾角和每天绕地球旋转的圈数，其中，卫星的观测轨道为太阳同步轨道、且为回归轨道；

重访周期确定模块，用于根据卫星每天绕地球旋转的圈数和设定的用于确定卫星观测范围的对地观测参数，确定卫星的重访周期；

卫星颗数确定模块，用于根据卫星的重访周期和设定的对地球上同一地点的观测频率，确定组建星座组网需要的卫星颗数M，M为大于1的整数；

星座组网组建模块，用于以M颗卫星组建星座组网，其中，所述星座组网中每颗卫星的轨道半长轴、轨道倾角、观测范围和重访周期均相同；

相位差确定模块，用于确定当所述星座组网中M颗卫星的星下点轨迹均匀时各颗卫星之间的相位差。

9.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至7任一权利要求所述的方法。

10.一种计算机可读介质，存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至7任一权利要求所述的方法。

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