CN112069595A - 一种用于gnss-r海面风场探测的星座设计方法及装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种用于GNSS‑R海面风场探测的星座设计方法及装置，该方法包括：根据预设的轨道参数以及预设的轨道约束条件确定单星的轨道参数，其中，所述轨道参数包括轨道高度、轨道倾角以及太阳同步回归轨道的回归参数；根据所述轨道参数确定观测条带参数，根据所述观测条带参数以及预设的星下点分离数理论确定星座构型参数，并根据所述星座构型参数构建星座。本申请解决了现有技术中星座覆盖范围受限以及星座空间分辨率较低的技术问题。

Description

一种用于GNSS-R海面风场探测的星座设计方法及装置

技术领域

本申请涉及GNSS-R微波遥感技术领域，尤其涉及一种用于GNSS-R海面风场探测的星座设计方法及装置。

背景技术

目前，常见星座设计方法主要有如下两种：一种方法是采用低轨轨道，在同一轨道面内按照相位等间隔部署若干颗卫星，卫星依次相继过顶观测区域；另一种方法是基于低轨轨道，星座的卫星不再局限于单一轨道面，而是采用星座卫星总数与星座轨道面数目相等的玫瑰星座的子星座。

虽然上述两种方法均为微纳卫星全球导航卫星系统的微波遥感与探测技术(GNSSReflectometry，GNSS-R)海面风探测任务提供了任务规划方面的有效手段，但是上述两种方法同时存在其自身的缺陷。首先，从覆盖性方面看，上述两种方法均采用倾斜的低轨轨道，受限于轨道倾角，其星座的覆盖范围难以到达高纬度地区，无法满足GNSS-R观测要素向南北极冰雪拓展的需求，使得星座覆盖范围受限；其次，从空间分辨率方面看，单一轨道面或者玫瑰星座子星座这两种方案由于轨道面分布的影响，属于区域覆盖星座，均难以在短期内获得均匀的全球覆盖，使得星座空间分辨率较低。

发明内容

本申请解决的技术问题是：针对现有技术中星座覆盖范围受限以及星座空间分辨率较低的问题，提供了一种用于GNSS-R海面风场探测的星座设计方法及装置，本申请实施例所提供的方案中，本申请实施例所提供的方案中，通过观测条带参数以及预设的星下点分离数理论确定星座构型参数，即根据星下点分离数理论并结合观测条带参数进行星座构型参数设计，使得设计出的星座能够满足GNSS-R观测要素向南北极冰雪拓展的需求，进而增大了星座覆盖范围以及提高了空间分辨率。

第一方面，本申请实施例提供一种用于GNSS-R海面风场探测的星座设计方法，该方法包括：

根据预设的轨道参数以及预设的轨道约束条件确定单星的轨道参数，其中，所述轨道参数包括轨道高度、轨道倾角以及太阳同步回归轨道的回归参数；

根据所述轨道参数确定观测条带参数，根据所述观测条带参数以及预设的星下点分离数理论确定星座构型参数，并根据所述星座构型参数构建星座。

本申请实施例所提供的方案中，根据预设的轨道参数以及预设的轨道约束条件确定单星的轨道参数，其中，所述轨道参数包括轨道高度、轨道倾角以及太阳同步回归轨道的回归参数，然后根据所述轨道参数确定观测条带参数以及根据所述观测条带参数以及预设的星下点分离数理论确定星座构型参数，再根据所述星座构型参数构建星座。因此，通过所述观测条带参数以及预设的星下点分离数理论确定星座构型参数，即根据星下点分离数理论并结合观测条带参数进行星座构型参数设计，使得设计出的星座能够满足GNSS-R观测要素向南北极冰雪拓展的需求，进而增大了星座覆盖范围以及提高了空间分辨率。

可选地，所述预设的轨道约束条件，包括：太阳同步约束条件以及回归约束条件，其中，

所述太阳同步约束条件如下所示：

其中，

表示轨道升交点赤经变化率；μ表示地球引力常数；a表示轨道半长轴；e表示轨道偏心率；i表示轨道倾角；J₂表示地球非球形摄动的二阶带谐项；R_e表示地球赤道半径；

所述回归约束条件如下所示：

LΔλ＝2πD

其中，L表示太阳同步回归轨道的回归圈数；D表示太阳同步回归轨道的回归天数；T_N表示交点周期；ω_e表示地球自转角速度。

可选地，根据预设的轨道参数以及预设的轨道约束条件确定单星的轨道参数，包括：

根据预设的轨道偏心率、升交点赤经、近地点幅角、真近点角以及所述轨道约束条件计算所述轨道高度、所述轨道倾角以及所述回归参数。

可选地，根据所述轨道参数确定观测条带参数，包括：

根据赤道附近的星下点轨迹的间距与所述回归圈数之间预设的映射关系计算得到所述星下点轨迹的间距；

根据观测条带参数与星下点轨迹的间距之间预设的映射关系计算得到所述观测条带参数。

可选地，所述星座构型参数包括座所需的卫星总数、轨道面数以及相位因子；

根据所述观测条带参数以及预设的星下点分离数理论确定星座构型参数，包括：

根据预设的空间分辨率将所述观测条带参数进行轨间距均分，得到均分后的观测条带参数，根据所述均分后的观测条带参数计算得到所述卫星总数；

根据预设星座的星下点分离数与所述星座构型参数之间的映射关系，以及所述卫星总数计算得到所述轨道面数以及所述相位因子。

可选地，还包括：

根据预设的GNSS-R观测几何进行镜面反射点的计算，并统计GNSS-R镜面反射点散落在预设的地理网格内的数目；

判断所述数目是否满足预设阈值；

若不满足，则重新确定所述单星的轨道参数，直到所述数目满足所述预设阈值为止，确定出最后一次的星座构型参数。

第二方面，本申请实施例提供了一种用于GNSS-R海面风场探测的星座设计装置，该装置包括：

确定单元，用于根据预设的轨道参数以及预设的轨道约束条件确定单星的轨道参数，其中，所述轨道参数包括轨道高度、轨道倾角以及太阳同步回归轨道的回归参数；

构建单元，用于根据所述轨道参数确定观测条带参数，根据所述观测条带参数以及预设的星下点分离数理论确定星座构型参数，并根据所述星座构型参数构建星座。

可选地，所述预设的轨道约束条件，包括：太阳同步约束条件以及回归约束条件，其中，

所述太阳同步约束条件如下所示：

其中，

表示轨道升交点赤经变化率；μ表示地球引力常数；a表示轨道半长轴；e表示轨道偏心率；i表示轨道倾角；J₂表示地球非球形摄动的二阶带谐项；R_e表示地球赤道半径；

所述回归约束条件如下所示：

LΔλ＝2πD

其中，L表示太阳同步回归轨道的回归圈数；D表示太阳同步回归轨道的回归天数；T_N表示交点周期；ω_e表示地球自转角速度。

可选地，所述确定单元，具体用于：

根据预设的轨道偏心率、升交点赤经、近地点幅角、真近点角以及所述轨道约束条件计算所述轨道高度、所述轨道倾角以及所述回归参数。

可选地，根所述构建单元，具体用于：

根据赤道附近的星下点轨迹的间距与所述回归圈数之间预设的映射关系计算得到所述星下点轨迹的间距；

根据观测条带参数与星下点轨迹的间距之间预设的映射关系计算得到所述观测条带参数。

可选地，所述星座构型参数包括座所需的卫星总数、轨道面数以及相位因子；

所述构建单元，具体用于：

根据预设的空间分辨率将所述观测条带参数进行轨间距均分，得到均分后的观测条带参数，根据所述均分后的观测条带参数计算得到所述卫星总数；

根据预设星座的星下点分离数与所述星座构型参数之间的映射关系，以及所述卫星总数计算得到所述轨道面数以及所述相位因子。

可选地，所述构建单元，还用于：

根据预设的GNSS-R观测几何进行镜面反射点的计算，并统计GNSS-R镜面反射点散落在预设的地理网格内的数目；

判断所述数目是否满足预设阈值；

若不满足，则重新确定所述单星的轨道参数，直到所述数目满足所述预设阈值为止，确定出最后一次的星座构型参数。

附图说明

图1为本申请实施例所提供的一种用于GNSS-R海面风场探测的星座设计方法的流程示意图；

图2为本申请实施例所提供的一种观测条带的示意图；

图3为本申请实施例所提供的一种星座的覆盖效果仿真结果示意图；

图4为本申请实施例所提供的一种用于GNSS-R海面风场探测的星座设计装置的结构示意图。

具体实施方式

本申请实施例提供的方案中，所描述的实施例仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。

以下结合说明书附图对本申请实施例所提供的一种用于GNSS-R海面风场探测的星座设计方法做进一步详细的说明，该方法具体实现方式可以包括以下步骤(方法流程如图1所示)：

步骤101，根据预设的轨道参数以及预设的轨道约束条件确定单星的轨道参数，其中，所述轨道参数包括轨道高度、轨道倾角以及太阳同步回归轨道的回归参数。

在本申请所提供的方案中，预设的轨道参数包括轨道高度范围、轨道倾角范围以及轨道类型。下面分别对轨道参数范围的选取分析过程进行简要介绍。

1、轨道高度范围

GNSS-R海面风场探测任务的轨道一般选取低轨轨道，轨道高度的确定涉及到大气阻力以及运载能力，轨道高度越低，发射成本也相应降低，但是大气阻力相应变大，影响到轨道寿命。综合考虑后，将轨道高度范围选取在为400-800公里范围。

2、轨道倾角范围

轨道倾角直接影响到卫星所能覆盖到的最高纬度范围，考虑到GNSS-R海面风场探测任务全海域覆盖及后期观测要素拓展(南北极冰雪)的需求，将轨道倾角设计为接近90度，即近极地轨道。

3、轨道类型

由轨道动力学特性可知回归轨道对卫星在地心地固坐标系中的空间运动特性提出了要求，将卫星轨道设计成星下点轨迹周期性重复的回归轨道，可以对观测目标进行重复观测和比较研究；而太阳同步轨道对轨道面在惯性空间的定向性提出了要求，太阳同步轨道为近极地轨道，近地轨道可以保证良好的光照条件，且卫星经过每一点的地方时是确定的。因此，本申请实施例所提供的方案中，轨道类型为太阳同步回归轨道。

进一步，在本申请实施例所提供的方案中，由于轨道类型为太阳同步回归轨道，在确定单星的轨道参数过程中还需要知道轨道约束条件。具体的，轨道约束条件有多种，下面以一种较佳的为例进行说明。

在一种可能实现的方式中，所述预设的轨道约束条件，包括：太阳同步约束条件以及回归约束条件，其中，

所述太阳同步约束条件如下所示：

其中，

表示轨道升交点赤经变化率；μ表示地球引力常数；a表示轨道半长轴；e表示轨道偏心率；i表示轨道倾角；J₂表示地球非球形摄动的二阶带谐项；R_e表示地球赤道半径；

所述回归约束条件如下所示：

LΔλ＝2πD (2)

其中，L表示太阳同步回归轨道的回归圈数；D表示太阳同步回归轨道的回归天数；T_N表示交点周期；ω_e表示地球自转角速度。

进一步，在本申请实施例所提供的方案中，根据预设的轨道参数以及预设的轨道约束条件确定单星的轨道参数的方式有多种，下面以一种较佳的方式为例进行说明。

在一种可能实现的方式中，根据预设的轨道参数范围以及预设的轨道约束条件确定单星的轨道参数，包括：根据预设的轨道偏心率、升交点赤经、近地点幅角、真近点角以及所述轨道约束条件计算所述轨道高度、所述轨道倾角以及所述回归参数。

具体的，在本申请实施例所提供的方式中，回归参数包括回归天数以及回归圈数。

为了便于理解上述单星的轨道参数确定过程，下面对其过程进行简要介绍。

首先，考虑到GNSS系统的回归性，为了保证GNSS-R海面风场探测载荷良好的观测几何关系，以及便于进行星座星下点轨迹的优化，故将本申请实施例所提供的太阳同步回归轨道的轨道回归周期设置为1天，进而将单星轨道设置为400-800公里范围内、回归周期为1天的太阳同步轨道。

然后，根据如下公式计算400-800公里高的轨道的轨道周期：

其中，T₀为轨道周期；a表示轨道半长轴；μ表示地球引力常数。

根据上述轨道周期的计算公式可得到：轨道周期范围为1.54267-1.68123小时，进而得到每天运行的回归圈数范围为14.2753-15.5574圈，将回归圈数取整后设置为15圈，即D＝1，L＝15。

进一步，结合上述公式(1)～(4)通过计算可确定出单星的轨道参数如下：轨道高度为560.994公里(相对于地球赤道半径R_e＝6378.137公里)，轨道倾角为97.6402度，轨道偏心率设计为0，将升交点赤经、近地点幅角及真近点角设计为0度。

步骤102，根据所述轨道参数确定观测条带参数，根据所述观测条带参数以及预设的星下点分离数理论确定星座构型参数，并根据所述星座构型参数构建星座。

在本申请实施例所提供的方案中，对于基于回归轨道的GNSS-R海面风场探测任务，单颗卫星达到其回归周期以后，星下点轨迹的分布将固定，故在确定出单星的轨道参数之后，需要确定观测条带参数。具体的，根据轨道参数确定观测条带参数的方式有多种，下面以一种较佳的方式为例进行说明。

在一种可能实现的方式中，根据所述轨道参数确定观测条带参数，包括：根据赤道附近的星下点轨迹的间距与所述回归圈数之间预设的映射关系计算得到所述星下点轨迹的间距；根据观测条带参数与星下点轨迹的间距之间预设的映射关系计算得到所述观测条带参数。

具体的，首先定义赤道附近的星下点轨迹的间距为d₀，并通过如下赤道附近的星下点轨迹的间距与回归圈数之间预设的映射关系计算得到所述星下点轨迹的间距：

当L＝15时，可计算得到d₀＝2670Km。

参见图2，本申请实施例提供的一种观测条带的示意图；由图2可知，GNSS-R微波遥感载荷采用双侧视的探测方式，相邻星下点轨迹上的卫星的观测条带会存在交叠，故定义等效的观测条带为d₁，并通过如下观测条带参数与星下点轨迹的间距之间预设的映射关系计算得到所述观测条带参数：

当d₀＝2670Km时，根据式(7)可计算得到d₁＝667.5Km。

进一步，在计算得到观测条带参数之后，需要根据观测条带参数确定星座构型参数。具体的，根据观测条带参数确定星座构型参数的方式有多种，下面以一种较佳的方式为例进行说明。

在一种可能实现的方式中，所述星座构型参数包括座所需的卫星总数、轨道面数以及相位因子；

根据所述观测条带参数以及预设的星下点分离数理论确定星座构型参数，包括：根据预设的空间分辨率将所述观测条带参数进行轨间距均分，得到均分后的观测条带参数，根据所述均分后的观测条带参数计算得到所述卫星总数；根据预设星座的星下点分离数与所述星座构型参数之间的映射关系，以及所述卫星总数计算得到所述轨道面数以及所述相位因子。

在本申请实施例所提供的方案中，基于walker星座设计理论，并根据地面覆盖分辨率的实际需求，确定GNSS-R海面风场探测星座对应的星座构型参数。为了便于理解下面对确定星座构型参数的过程进行简要介绍。

具体的，星座的单星采用1天回归周期的太阳同步轨道，则D＝1，L＝15，依据星座星下点分离数理论，确定星座构型参数N/P/F，使星座的星下点分离数为E_L，D＝N，即可实现按照卫星总数对单星星下点轨迹进行均匀加密的设计目标。单星达到回归后的等效观测条带为d₁＝667.5km时，该分辨率无法满足气象应用的需求，因此需要对d₁按照星座卫星总数N进行等间隔均分。具体的，对d₁按照星座卫星总数N进行等间隔均分的过程如下：

首先，国际上通用的气象观测通常采用地表0.25°×0.25°的地理网格表征空间分辨率并评估覆盖性，因此，需要将均分d₁后的观测条带与地表0.25°的距离相对应，定义均分后的观测条带为d₂，并通过如下公式计算均分后的观测条带d₂：

根据上述公式(12)可计算得到d₂＝27.8158km，根据如下公式计算得到星座所需卫星总数：

N＝d₁/d₂＝23.9972 (13)

将计算得到的星座所需卫星总数得到取整后星座卫星总数N＝24，将计算得到的星座卫星总数N＝24带入星座的星下点分离数公式计算到星座的构型参数。

若walker星座N/P/F(N为星座中的卫星总数，P为轨道面个数，F为相位因子)的卫星均采用D/L特性的回归轨道，则该星座的星下点分离数由下式确定：

E_L，D＝N/K (14)

K＝H[SL+FD，PJ] (15)

J＝H[S，D] (16)

S＝N/P (17)

其中，H[SL+FD，PJ]表示取SL+FD和PJ的最大公因子。

将星座卫星总数N＝24带入上述公式(14)～(17)，最终得到星座的构型参数为：N/P/F＝24/3/1。

进一步，为了保证构建出星座满足实际需求，步骤102之后，还包括：根据预设的GNSS-R观测几何进行镜面反射点的计算，并统计GNSS-R镜面反射点散落在预设的地理网格内的数目；判断所述数目是否满足预设阈值；若不满足，则重新确定所述单星的轨道参数，直到所述数目满足所述预设阈值为止，确定出最后一次的星座构型参数。

进一步，通过仿真实验对本申请实施例所构建出的星座的覆盖效果进行验证，下面以举例的方式对验证过程进行简要说明。

例如，仿真参数设置包括覆盖对象定义、覆盖定义、仿真时间确定以及轨道建模，具体的设置如下：

覆盖对象定义：将全球的经纬度按照0.25°×0.25°的网格进行划分，仿真分析全球地理网格的覆盖情况。

覆盖定义：根据GNSS-R微波遥感技术特点，定义覆盖为GNSS-R镜面反射点散落在地理网格里的情况。

仿真时间确定：针对覆盖对象，仿真时间2天，仿真时间步长为每秒一次。

轨道建模：下载对应时刻的GPS和BDS广播星历，对广播星历进行解译，在STK中进行GPS、BDS建模，然后按照一秒的间隔导出导航卫星在地心地固坐标系下的位置速度信息；根据步骤4中所设计的星座轨道参数，进行低轨星座的建模，按照一秒的间隔输出24颗低轨卫星的位置速度信息。

仿真结论：依据GNSS-R镜面反射几何关系，进行镜点计算并统计覆盖情况，参见图3所示，可以看出，该星座1天对全球地理网格的覆盖率可以到达91.77％，第2天对全球地理网格的覆盖率可以到达91.74％；由于太阳同步轨道的轨道倾角近极地，因此可以覆盖到南北纬约90度，实现了全球均匀覆盖；星座的星下点轨迹是等间隔分布的，由于轨道的回归周期为1天，1天后星座将进行重复观测，在实现全球均匀覆盖的同时提升了观测效率。

本申请实施例所提供的方案中，根据预设的轨道参数以及预设的轨道约束条件确定单星的轨道参数，其中，所述轨道参数包括轨道高度、轨道倾角以及太阳同步回归轨道的回归参数，然后根据所述轨道参数确定观测条带参数以及根据所述观测条带参数以及预设的星下点分离数理论确定星座构型参数，再根据所述星座构型参数构建星座。因此，通过所述观测条带参数以及预设的星下点分离数理论确定星座构型参数，即根据星下点分离数理论并结合观测条带参数进行星座构型参数设计，使得设计出的星座能够满足GNSS-R观测要素向南北极冰雪拓展的需求，进而增大了星座覆盖范围以及提高了空间分辨率。

基于与上述图1所示的方法相同的发明构思，本申请实施例提供了一种用于GNSS-R海面风场探测的星座设计装置，参见图4，该装置包括：

确定单元401，用于根据预设的轨道参数以及预设的轨道约束条件确定单星的轨道参数，其中，所述轨道参数包括轨道高度、轨道倾角以及太阳同步回归轨道的回归参数；

构建单元402，用于根据所述轨道参数确定观测条带参数，根据所述观测条带参数以及预设的星下点分离数理论确定星座构型参数，并根据所述星座构型参数构建星座。

可选地，所述预设的轨道约束条件，包括：太阳同步约束条件以及回归约束条件，其中，

所述太阳同步约束条件如下所示：

其中，

表示轨道升交点赤经变化率；μ表示地球引力常数；a表示轨道半长轴；e表示轨道偏心率；i表示轨道倾角；J₂表示地球非球形摄动的二阶带谐项；R_e表示地球赤道半径；

所述回归约束条件如下所示：

LΔλ＝2πD

其中，L表示太阳同步回归轨道的回归圈数；D表示太阳同步回归轨道的回归天数；T_N表示交点周期；ω_e表示地球自转角速度。

可选地，所述确定单元401，具体用于：

根据预设的轨道偏心率、升交点赤经、近地点幅角、真近点角以及所述轨道约束条件计算所述轨道高度、所述轨道倾角以及所述回归参数。

可选地，根所述构建单元402，具体用于：

根据赤道附近的星下点轨迹的间距与所述回归圈数之间预设的映射关系计算得到所述星下点轨迹的间距；

根据观测条带参数与星下点轨迹的间距之间预设的映射关系计算得到所述观测条带参数。

可选地，所述星座构型参数包括座所需的卫星总数、轨道面数以及相位因子；

所述构建单元402，具体用于：

根据预设的空间分辨率将所述观测条带参数进行轨间距均分，得到均分后的观测条带参数，根据所述均分后的观测条带参数计算得到所述卫星总数；

根据预设星座的星下点分离数与所述星座构型参数之间的映射关系，以及所述卫星总数计算得到所述轨道面数以及所述相位因子。

可选地，所述构建单元402，还用于：

根据预设的GNSS-R观测几何进行镜面反射点的计算，并统计GNSS-R镜面反射点散落在预设的地理网格内的数目；

判断所述数目是否满足预设阈值；

若不满足，则重新确定所述单星的轨道参数，直到所述数目满足所述预设阈值为止，确定出最后一次的星座构型参数。

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和光学存储器等)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、设备(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。

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)

1.一种用于GNSS-R海面风场探测的星座设计方法，其特征在于，包括：

根据预设的轨道参数以及预设的轨道约束条件确定单星的轨道参数，其中，所述轨道参数包括轨道高度、轨道倾角以及太阳同步回归轨道的回归参数；

根据所述轨道参数确定观测条带参数，根据所述观测条带参数以及预设的星下点分离数理论确定星座构型参数，并根据所述星座构型参数构建星座。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述预设的轨道约束条件，包括：太阳同步约束条件以及回归约束条件，其中，

所述太阳同步约束条件如下所示：

其中，

表示轨道升交点赤经变化率；μ表示地球引力常数；a表示轨道半长轴；e表示轨道偏心率；i表示轨道倾角；J₂表示地球非球形摄动的二阶带谐项；R_e表示地球赤道半径；

所述回归约束条件如下所示：

LΔλ＝2πD

其中，L表示太阳同步回归轨道的回归圈数；D表示太阳同步回归轨道的回归天数；T_N表示交点周期；ω_e表示地球自转角速度。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，根据预设的轨道参数以及预设的轨道约束条件确定单星的轨道参数，包括：

根据预设的轨道偏心率、升交点赤经、近地点幅角、真近点角以及所述轨道约束条件计算所述轨道高度、所述轨道倾角以及所述回归参数。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述轨道参数确定观测条带参数，包括：

根据赤道附近的星下点轨迹的间距与所述回归圈数之间预设的映射关系计算得到所述星下点轨迹的间距；

根据观测条带参数与星下点轨迹的间距之间预设的映射关系计算得到所述观测条带参数。

5.如权利要求1～4任一项所述的方法，其特征在于，所述星座构型参数包括座所需的卫星总数、轨道面数以及相位因子；

根据所述观测条带参数以及预设的星下点分离数理论确定星座构型参数，包括：

根据预设的空间分辨率将所述观测条带参数进行轨间距均分，得到均分后的观测条带参数，根据所述均分后的观测条带参数计算得到所述卫星总数；

根据预设星座的星下点分离数与所述星座构型参数之间的映射关系，以及所述卫星总数计算得到所述轨道面数以及所述相位因子。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，还包括：

根据预设的GNSS-R观测几何进行镜面反射点的计算，并统计GNSS-R镜面反射点散落在预设的地理网格内的数目；

判断所述数目是否满足预设阈值；

若不满足，则重新确定所述单星的轨道参数，直到所述数目满足所述预设阈值为止，确定出最后一次的星座构型参数。

7.一种用于GNSS-R海面风场探测的星座设计装置，其特征在于，包括：

确定单元，用于根据预设的轨道参数以及预设的轨道约束条件确定单星的轨道参数，其中，所述轨道参数包括轨道高度、轨道倾角以及太阳同步回归轨道的回归参数；

构建单元，用于根据所述轨道参数确定观测条带参数，根据所述观测条带参数以及预设的星下点分离数理论确定星座构型参数，并根据所述星座构型参数构建星座。

8.如权利要求7所述的装置，其特征在于，所述确定单元，具体用于：

根据预设的轨道偏心率、升交点赤经、近地点幅角、真近点角以及所述轨道约束条件计算所述轨道高度、所述轨道倾角以及所述回归参数。

9.如权利要求8所述的装置，其特征在于，根所述构建单元，具体用于：

根据赤道附近的星下点轨迹的间距与所述回归圈数之间预设的映射关系计算得到所述星下点轨迹的间距；

根据观测条带参数与星下点轨迹的间距之间预设的映射关系计算得到所述观测条带参数。

10.如权利要求7～9任一项所述的装置，其特征在于，所述星座构型参数包括座所需的卫星总数、轨道面数以及相位因子；

所述构建单元，具体用于：

根据预设的空间分辨率将所述观测条带参数进行轨间距均分，得到均分后的观测条带参数，根据所述均分后的观测条带参数计算得到所述卫星总数；

根据预设星座的星下点分离数与所述星座构型参数之间的映射关系，以及所述卫星总数计算得到所述轨道面数以及所述相位因子。

Images