CN112230219A - 基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法 - Google Patents

基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN112230219A
CN112230219A CN202010899039.7A CN202010899039A CN112230219A CN 112230219 A CN112230219 A CN 112230219A CN 202010899039 A CN202010899039 A CN 202010899039A CN 112230219 A CN112230219 A CN 112230219A
Authority
CN
China
Prior art keywords
orbit
satellite
range
angle
latitude
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Granted
Application number
CN202010899039.7A
Other languages
English (en)
Other versions
CN112230219B (zh
Inventor
李真芳
李学卯
于海峰
周超伟
索志勇
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN202010899039.7A priority Critical patent/CN112230219B/zh
Publication of CN112230219A publication Critical patent/CN112230219A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN112230219B publication Critical patent/CN112230219B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9094—Theoretical aspects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G01S7/418—Theoretical aspects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Radio Relay Systems (AREA)

Abstract

本发明公开了一种基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法，包括：根据日回归轨道约束、卫星下视角覆盖约束和热点区域中心纬度得到初选卫星轨道高度范围和初选轨道倾角范围；在初选卫星轨道高度范围内，根据日回归轨道约束、星下点轨迹交点、热点区域中心纬度和初选轨道倾角范围得到精选卫星轨道高度范围和精选轨道倾角范围；基于最小化代价函数，根据精选卫星轨道高度范围和精选轨道倾角范围得到最优卫星轨道高度范围和最优轨道倾角范围；根据热点区域中心经度、最优卫星轨道高度范围和最优轨道倾角范围得到轨道升交点赤经数据集和纬度幅角数据集。实现星载SAR卫星在最小全方位角观测时长内对热点区域具有覆盖性和重访能力的全方位角观测。

Description

基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法
技术领域
本发明属于雷达技术领域，具体涉及一种基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法。
背景技术
星载合成孔径雷达(SAR，Synthetic Aperture Radar)具有全天时、全天候工作、大范围覆盖和连续监视热点区域的能力，是空间对地观测的一种有效手段。随着星载SAR技术的不断进步，其数据采集、成像方式和观测模式也更加灵活多样。星载SAR多方位角观测模式是近年来被提出的一种新的观测模式，该观测模式通过在不同方位角对同一区域的重复观测，获取该区域内地物的多视角几何信息和散射信息，弥补了单视角星载SAR系统信息严重缺失和图像解译性差的缺陷，该观测模式不仅能获取场景内更丰富的目标特征，还具备三维重建的潜力，极大地提升了星载SAR系统的侦测性能。
现有专利《一种快速重访离散目标的地轨卫星轨道设计方法》公开了一种对同一地面目标短时间内重访轨道的光学遥感卫星设计方法，指出卫星一天内的星下点轨迹在部分高纬度区域的交点密集，即这些交点所在区域在一天内能够被卫星多次重访，这种对同一地区短时间内的高密度重访对于缩短最小全方位角观测时长的效果是显著的，但其星下点目标是无法监测到的，但对单星多航过全方位角观测轨道参数设计具有很好的借鉴意义。
对于多方位角观测模式，尽管控制星载SAR同轨卫星多方位角观测波束指向能确保星载SAR卫星单航过对同一目标的大方位角持续观测，但受制于卫星与目标间的位置关系，导致观测方位角跨度有限。针对该问题，星载SAR卫星多方位角观测则通过卫星的多次过境进一步扩大观测方位角跨度，该观测模式是在遥感测量资源允许的条件下对星载SAR同轨卫星多方位角观测的补充，观测时主要以热点区域侦查为目标，因此在轨道设计时存在卫星单次过境观测方位角跨度有限、对热点区域的覆盖和重访能力较弱的问题。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法，包括：
根据日回归轨道约束、卫星下视角覆盖约束和热点区域中心纬度分别得到初选卫星轨道高度范围和初选轨道倾角范围；
在所述初选卫星轨道高度范围内，根据所述日回归轨道约束、星下点轨迹交点、所述热点区域中心纬度和所述初选轨道倾角范围分别得到精选卫星轨道高度范围和精选轨道倾角范围；
基于最小化代价函数，根据所述精选卫星轨道高度范围和所述精选轨道倾角范围得到最优卫星轨道高度范围和最优轨道倾角范围；
根据热点区域中心经度、所述最优卫星轨道高度范围和所述最优轨道倾角范围得到轨道升交点赤经数据集和纬度幅角数据集。
在本发明的一个实施例中，根据日回归轨道约束、卫星下视角覆盖约束和热点区域中心纬度分别得到初选卫星轨道高度范围和初选轨道倾角范围，包括：
根据所述日回归轨道约束得到卫星轨道高度的第一可选择区间；
通过所述卫星下视角覆盖约束将所述第一可选择区间进行缩小得到第二可选择区间；
根据所述热点区域中心纬度得到所述初选轨道倾角范围；
在所述第二可选择区间内，根据所述初选轨道倾角范围和所述日回归轨道约束得到所述卫星轨道高度的第三可选择区间，所述第三可选择区间为所述初选卫星轨道高度范围。
在本发明的一个实施例中，在所述初选卫星轨道高度范围内，根据所述日回归轨道约束、星下点轨迹交点、所述热点区域中心纬度和所述初选轨道倾角范围分别得到精选卫星轨道高度范围和精选轨道倾角范围，包括：
在所述初选卫星轨道高度范围内搜索目标轨道高度得到轨道高度数据集；
根据所述日回归轨道约束和所述轨道高度数据集得到日回归轨道倾角数据集；
根据最大周期间隔数和所述轨道高度数据集得到最大周期间隔数数据集；
根据所述热点区域中心纬度和所述交点纬度数据集得到热点区域与轨道交点的角度数据集；
当所述热点区域与轨道交点的角度数据集小于常数判决门限时，根据所述热点区域中心纬度得到目标全方位角观测单元的中心纬度；
基于星下点与其下视角的约束，通过所述交点纬度数据集得到全方位角观测单元圆心角；
基于所述目标全方位角观测单元的中心纬度和所述全方位角观测单元圆心角对应的下视角跨度，当所述全方位角观测单元边长对应的圆心角满足覆盖条件时得到待选轨道参数集，所述待选轨道参数集中的卫星轨道高度范围为所述精选卫星轨道高度范围，所述待选轨道参数集中的轨道倾角的范围为所述精选轨道倾角范围。
在本发明的一个实施例中，基于最小化代价函数，根据所述精选卫星轨道高度范围和所述精选轨道倾角范围得到最优卫星轨道高度范围和最优轨道倾角的范围，包括：
基于最小化代价函数，根据所述精选卫星轨道高度范围和所述精选轨道倾角范围得到最优轨道参数集；
基于穷举法，通过所述最优轨道参数集得到最优轨道参数矢量，所述最优轨道参数矢量中的卫星轨道高度范围为所述最优卫星轨道高度范围，所述最优轨道参数矢量中的轨道倾角范围为所述最优轨道倾角范围。
在本发明的一个实施例中，根据热点区域中心经度、所述最优卫星轨道高度范围和所述最优轨道倾角范围得到轨道升交点赤经数据集和纬度幅角数据集，包括：
当所述热点区域中心经度与全方位观测单元中心经度相等时，根据所述最优卫星轨道高度范围和所述最优轨道倾角范围得到所述轨道升交点赤经数据集和所述纬度幅角数据集。
在本发明的一个实施例中，所述日回归轨道约束的表达式为：
Figure BDA0002659368290000041
其中，k表示日回归轨道约束参数，ω表示近地点幅角，Ωe表示地球自转角速度，
Figure BDA0002659368290000051
表示升交点赤经变化率，i表示轨道倾角，r＝Re+Hs表示卫星轨道半径，Re表示地球平均半径，Hs表示卫星轨道高度，μ＝3.986004415×1014m3/s2表示地球引力常数，J2＝1.08262692×10-3表示地球非球形摄动的一阶长期项。
在本发明的一个实施例中，所述卫星下视角覆盖约束的表达式为：
Figure BDA0002659368290000052
其中，Re表示地球平均半径，Hs表示卫星轨道高度，
Figure BDA0002659368290000053
表示以节点
Figure BDA0002659368290000054
为星下点，以节点
Figure BDA0002659368290000055
为星下点轨迹的全方位观测单元边长对应的圆心角。
本发明的有益效果：
针对星载SAR同轨卫星单次过境观测方位角跨度有限的问题，本发明的一种基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法，通过利用日回归轨道约束、卫星下视角覆盖约束和热点区域中心纬度初选出符合条件的初选卫星轨道高度和初选轨道倾角，然后基于最小化代价函数确定最优卫星轨道高度范围和最优轨道倾角范围，最后结合热点区域中心经度得到轨道升交点赤经数据集和纬度幅角数据集等轨道参数，用来实现星载SAR卫星在最小全方位角观测时长内对热点区域具有覆盖性和重访能力的全方位角观测。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法流程图；
图2是本发明实施例提供的星载SAR单星多航过星下点轨迹交点示意图；
图3是本发明实施例提供的卫星交点轨迹的周期间隔数最大值随轨道高度变化的曲线图；
图4是本发明实施例提供的不同回归周期下轨道高度随轨道倾角变化的曲线图；
图5是本发明实施例提供的全方位角覆盖时的纬度跨度与轨道高度和轨道倾角的关系图；
图6是本发明实施例提供的初选轨道高度和初选轨道倾角的结果示意图；
图7是本发明实施例提供的精选轨道高度和精选轨道倾角的结果示意图；
图8是本发明实施例提供的星下点轨迹仿真图；
图9是本发明实施例提供的星载SAR传感器瞬时覆盖范围仿真图；
图10是本发明实施例提供的SAR全方位角覆盖区域示意图；
图11是本发明实施例提供的热点区域覆盖配置结果分析。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
实施例一
本发明公开了一种基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法，涉及低轨卫星轨道根数、全方位角观测单元、全方位角观测单元周期性和全方位角观测单元覆盖性。
卫星轨道根数：
描述卫星轨道参数时，常选择一组意义明确且相互独立的积分常数代表运动轨道的基本量，称为轨道根数。椭圆轨道常用的轨道根数为六根数σ＝(a,e,i,Ω,ω,τ)，其中，a为轨道半长轴，表示轨道的大小；e为偏心率，表示轨道的形状；i为轨道倾角，Ω为升交点赤经，i和Ω表示轨道面在空间内的朝向；ω为近地点幅角，表示轨道面内近地点的指向；τ为近地点时刻，表示卫星通过近地点的时刻。
对于低轨卫星，例如轨道高度为1200km以下的近地卫星，其偏心率较小，卫星轨道可近似为圆形，此时轨道六根数σ＝(a,e,i,Ω,ω,τ)退化为四根数σ＝(r,i,Ω,ωc)，其中，ωc为纬度幅角，r＝Re+Hs为轨道半径，Re为地球平均半径，Hs为轨道高度。
由于卫星运动受到复杂的摄动力影响，很难求得每个时刻的瞬时轨道根数，因此在轨道设计时，通常仅考虑地球的非球形摄动并忽略周期项的影响，即轨道半径r和轨道倾角i均不变，升交点赤经Ω和纬度幅角ωc均随时间线性变化，其表达式分别为：
Figure BDA0002659368290000071
其中，
Figure BDA0002659368290000072
表示升交点赤经变化率，
Figure BDA0002659368290000073
表示纬度幅角变化率。
全方位角观测单元：
圆轨迹卫星的星下点经度ξ和星下点纬度γ可表示为：
Figure BDA0002659368290000081
其中，Ωe表示地球自转角速度。
星下点经度的参考点为升交点，时间的参考点为卫星经过升交点的时刻。由于卫星的星下点与地面A点重合(升轨期间)，当卫星绕地球飞行N圈后在降轨时飞到D点，则A点的星下点经度和D点的星下点经度分别表示为：
Figure BDA0002659368290000082
其中，ξA表示A点星下点经度，ξD表示D点星下点经度，γA表示A点星下点纬度，γD表示D点星下点纬度，tA表示卫星经过A点的时间，N表示卫星从A点到D点绕地球飞行的圈数，AD表示A点到D点的弧长，T表示卫星相邻两次通过升交点的时间，即为卫星的轨道周期。
当A点和D点重合时，升轨星下点轨迹和降轨星下点轨迹相交，则γA＝γD，由A点的星下点经度ξA和D点的星下点经度ξD的公式可得：
Figure BDA0002659368290000083
其中，AD表示A点到D点的弧长，T表示卫星的轨道周期。
进而由式(4)得A点到D点的弧长表达式为：
Figure BDA0002659368290000084
其中，AD表示A点到D点的弧长。
由式(4)和式(5)得卫星星下点轨迹交点表达式为：
Figure BDA0002659368290000091
其中，卫星从A点到D点绕地球飞行的圈数N的取值决定了相交的星下点轨迹之间间隔的整周期数。
在轨道倾角i已知的情况下，通过设置不同的卫星飞行圈数N值(绕地球从A点到D点)可以得到不同星下点轨迹交点所在的纬度，请参见图2，图2是本发明实施例提供的星载SAR单星多航过星下点轨迹交点示意图，利用n＝1,2,3,4表示卫星星下点轨迹形成的先后序号，Ckl表示星下点轨迹交点，k和l分别表示相交的两条星下点轨迹的序号，星下点轨迹交点的下标按升序排列(k＜l)，则卫星从A点到D点绕地球飞行的圈数N可表示为：N＝l-k(7)。
综上所述，可得出卫星从A点到D点绕地球飞行的圈数N相同的交点的纬度相同，例如集合{C01,C12,C23,C34}、{C02,C13,C24}、{C03,C14}和{C04}中的交点分布于四个不同的纬度上，且N的值随纬度的降低而增大，在γA＝0°时取最大值。因此，当轨道倾角i不等于0°时，结合式(6)可得：
Figure BDA0002659368290000092
通过式(8)可得到形成交点的轨迹间的最大周期间隔数Nmax的表达式为：
Figure BDA0002659368290000093
其中，μ＝3.986004415×1014m3/s2，表示地球引力常数。
请参见图3，图3是本发明实施例提供的卫星交点轨迹的周期间隔数最大值随轨道高度变化的曲线图，横坐标Hs为轨道高度，纵坐标Nmax为最大周期间隔数。轨道高度Hs越高，最大周期间隔数Nmax越小，当Hs∈[200m,1500km]时，Nmax∈[5.70,7.64]。
分析星下点轨迹交点与星载SAR全方位角观测的关系时，为了保障系统信噪比、分辨率和模糊度等指标正常，避免接收回波与发出回波之间的干扰，星载SAR系统工作的下视角范围为20°～60°。星下点轨迹是星载SAR卫星的盲区，由星下点轨迹形成网格的“网眼”是星载SAR卫星成像范围，例如由各交点{C04,C03,C13,C14}之间的弧段围成的封闭区域，所有“网眼”都被数条星下点轨迹封闭。若仅考虑相对位置关系，这些“网眼”区域具备被星载SAR全方位角观测的潜力，将具备全方位角观测潜力的“网眼”称为“全方位角观测单元”，用符号“◇”表示，以其节点按逆时针排列进行描述，即
Figure BDA0002659368290000101
请再次参见图2，图2中将◇C04C03C13C14、◇C14C13C23C24和◇C24C23C34简称为“单元”，单元内的中心点为单元的中心，单元的经度和纬度分别与单元的部分节点对齐。根据节点数目可将全方位角观测单元分为三节点单元和四节点单元。
利用全方位角最小观测时长TAll,min对不同单元的全方位角观测的时效性进行评估，全方位角最小观测时长TAll,min的表达式为：
Figure BDA0002659368290000102
其中，TAll,min表示全方位角最小观测时长，Υ表示单元的边长所在的大圆弧的弧长(周长)，单位为弧度，NΔ表示单元的边长对应的星下点轨迹跨越的卫星轨道周期数。
卫星轨道周期数NΔ的表达式为：
NΔ＝max{l1,l2,…,lM}-min{k1,k2,…,kM}＝max{l1-k1,l2-k2,…,lM-kM} (11)；
由式(10)可知，全方位角最小观测时长TAll,min的值取决于卫星轨道周期数NΔ，
Figure BDA0002659368290000111
可作为周期的小数部分，则NΔ和Nmax存在以下关系：
max{NΔ}＝Nmax(12)；
由式(12)可知，当单元所在的纬度由高到低时，卫星轨道周期数NΔ的值逐渐增大。例如纬度最高的三节点单元◇C24C23C34，由于节点下标表示星下点轨迹形成的先后顺序，所以可得三节点单元是由相邻三圈的星下点轨迹构成，其卫星轨道周期数NΔ的值为2，得到三节点单元◇C24C23C34的全方位角最小观测时长TAll,min的约束条件为：
Figure BDA0002659368290000112
此约束条件说明三节点单元◇C24C23C34的全方位角最小观测时长TAll,min介于两个轨道周期和三个轨道周期之间。
低轨卫星轨道周期约为100min，此时三节点单元的最小全方位角观测时长TAll,min不超过300min。同理，下一纬度梯度单元都是四节点单元(例如◇C14C13C23C24)，其卫星轨道周期数NΔ值为3；再下一纬度梯度的四节点单元(例如◇C04C03C13C14)，卫星轨道周期数NΔ值为4，依次类推。由式(12)可知，当轨道高度Hs∈[200m,1500km]时，卫星轨道周期数的最大值max{NΔ}∈[6.70,8.64]。
综上所述，高纬度地区的全方位角观测时效性更好，并且轨道高度越低，最小全方位角观测时长TAll,min越小。反之，根据热点区域所在纬度合理选取轨道倾角i也可以减小最小全方位角观测时长TAll,min，进而根据最小全方位角观测时长TAll,min约束轨道高度Hs。
全方位角观测单元周期性：
全方位角观测单元是短时间内实现星载SAR全方位角观测的基础，为了保证对热点区域的稳定覆盖，必须让星下点轨迹周期性重复，即选择目标回归轨道或目标准回归轨道，使全方位角观测单元位置保持不变。
在轨道卫星相邻两次通过升交点期间升交点经度增量Δξ与地球旋转和升交点赤经变化率
Figure BDA0002659368290000121
有关，升交点经度增量Δξ的表达式为：
Figure BDA0002659368290000122
其中，Ωe表示地球自转角速度。
为了使星下点轨迹周期性重复，卫星运行N圈后恰好回到D天前的位置，必须满足一下条件：
Nr·Δξ＝2π·D (15)；
其中，Nr表示回归轨道周期数，Δξ表示升交点经度增量，D表示回归天数。
根据式(15)对低轨卫星轨道周期与回归周期的关系进行定性分析，令k＝Nr/D，可得：
Figure BDA0002659368290000123
其中，k表示升交点经度增量和完整圆周角的比例关系。
对于倾斜轨道低轨卫星，地球自转角速度Ωe通常是升交点赤经变化率
Figure BDA0002659368290000124
的一百倍及以上，在定性分析时刻省略升交点赤经变化率
Figure BDA0002659368290000125
则k可近似等于下式：
Figure BDA0002659368290000131
其中，ω表示星载SAR卫星绕地球运行的平均角速度。
当轨道高度Hs∈(200km,1500km)时，k∈(12.4,16.3)，说明当地球自转一周时，卫星至少运行12周期。根据回归天数D、期望的回归轨道周期数Nr和式(17)可确定卫星轨道高度的范围，为了使相邻两次完整的全方位角观测单元“◇”的周期最小，需要使回归天数D最短，即令D＝1(日回归轨道)，则Nr＝k。
在实际应用中，需要考虑地球摄动等因素引起的升交点赤经的变化。例如，当考虑J2摄动项时，升交点赤经变化率的表达式为：
Figure BDA0002659368290000132
其中，J2＝1.08262692×10-3表示地球非球形摄动的一阶长期项。
结合式(17)和式(18)，得到日回归轨道约束的表达式为：
Figure BDA0002659368290000133
具体地，式(19)对J2摄动下回归轨道的轨道高度Hs和轨道倾角i之间的关系进行了约束。
若需要进一步提高轨道参数的计算精度，需要考虑高阶的摄动项。
请参见图4，图4是本发明实施例提供的不同回归周期下轨道高度随轨道倾角变化的曲线图，横坐标Inclination[°]为轨道倾角，纵坐标Hs为轨道高度。以J2摄动为例，根据式(19)可得轨道高度Hs、轨道倾角i和回归轨道周期数Nr之间的关系，回归轨道周期数Nr固定时，轨道高度Hs随轨道倾角i单调递增。回归轨道周期数Nr对应的轨道高度Hs存在跳变，即回归轨道分布在离散的轨道高度带上。
当Nr＝16时，轨道高度Hs∈[152km,263km]，由于该高度区间的大气阻力较大，卫星工作寿命较短，不适合SAR卫星；当Nr＝13,14,15时，轨道高度Hs∈[455km,555km]∪[793km,881km]∪[1171km,1249km]，该高度区间的大气阻力较小，属于SAR卫星适合飞行的高度范围，根据具体任务要求可选择对应的轨道高度Hs。
全方位角观测单元覆盖性：
由于地球曲率和雷达波束下视角范围等因素的限制，全方位角观测单元内的部分区域可能存在观测方位角的缺失，导致无法实现全方位角观测的任务，全方位角观测单元内的大部分区域可能都在雷达波束照射范围之外。因此，全方位角观测单元内的覆盖性能是轨道参数设计需要考虑的重要因素。
圆轨道星载SAR的下视角的表达式为：
Figure BDA0002659368290000141
其中，θnad表示圆轨道星载SAR的下视角，θinc表示下视角θnad对应地面目标的本地入射角。
下视角θnad和入射角θinc的关系可以表示为：
θinc＝θnad+αe (21)；
其中，αe表示星下点与地面目标间的地心角。
结合式(20)和式(21)，可得：
Figure BDA0002659368290000151
因此，全方位角观测单元
Figure BDA0002659368290000152
任意边所在的大圆弧
Figure BDA0002659368290000153
对应的下视角跨度的表达式为：
Figure BDA0002659368290000154
其中，
Figure BDA0002659368290000155
表示下视角跨度。
具体地，式(23)表示以一个节点
Figure BDA0002659368290000156
为星下点，以另一个节点
Figure BDA0002659368290000157
为星下点轨迹的下视角。
为确保全方位角观测单元内的区域能够被全方位角观测，大圆弧
Figure BDA0002659368290000158
必须位于圆轨道星载SAR卫星工作的下视角范围内。令星载SAR卫星工作在下视角范围为20°～60°内，此下视角范围适用于大多数低轨SAR卫星，可得到卫星下视角覆盖约束公式为：
Figure BDA0002659368290000159
其中，
Figure BDA00026593682900001510
表示以节点
Figure BDA00026593682900001511
为星下点，以节点
Figure BDA00026593682900001512
为星下点轨迹的全方位观测单元边长对应的圆心角。
具体地，式(24)表示星载SAR卫星的下视角工作范围对
Figure BDA00026593682900001513
大小的约束，而
Figure BDA00026593682900001514
与轨道参数有关。
进一步地，除了纬度最高的节点外，任意相邻的节点
Figure BDA00026593682900001515
和
Figure BDA00026593682900001516
是由两条相邻周期的星下点轨迹分别和第三条轨迹的交点，为简化分析过程，设km＝km+1，且lm+1-lm＝1，该假设对结果无影响。因此下标参数km、lm、km+1和lm+1满足的表达式为：
Figure BDA0002659368290000161
进一步地，令Nm＝lm-km，则Nm+1＝Nm+1。
基于遍历法，根据式(7)可得：
Figure BDA0002659368290000162
式(26)为非线性方程，在此基础上，大圆弧
Figure BDA0002659368290000163
的表达式为：
Figure BDA0002659368290000164
根据式(26)和式(27)分析下视角跨度
Figure BDA0002659368290000165
满足式(24)的约束时，观测纬度范围随卫星轨道根数的变化。选择轨道倾角为20°、40°、60°和80°，轨道高度为Hs∈(200km,1500km)，由于升交点赤经仅影响观测经度，升交点赤经的值不同仅存在平移的关系，可不予考虑。
请参见图5，图5是本发明实施例提供的全方位角覆盖时的纬度跨度与轨道高度和轨道倾角的关系图，横坐标Hs为轨道高度，纵坐标为全方位角观测纬度跨度。在轨道高度Hs和轨道倾角i不同时，下视角跨度
Figure BDA0002659368290000166
满足式(24)对应的纬度跨度，此纬度跨度也可称为全方位角观测纬度跨度。如图5所示，随着轨道高度Hs升高，全方位角观测纬度跨度逐渐扩大；随着轨道倾角i增大，SAR卫星全方位角观测覆盖的纬度范围逐渐向高纬度区域移动，且全方位角观测纬度跨度的上界不会超过轨道倾角i。
综上所述，建议轨道高度Hs大于700km，以确保轨道倾角i为20°时，仍有全方位角覆盖的观测角度。同时，若非高纬度地区有特殊观测需求时，建议轨道倾角i为i≤60°，除此以为的其他情况下，轨道倾角i为i＜30°。
实施例二
在实施例一的基础上，请参见图1，图1是本发明实施例提供的基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法流程图。一种基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法，包括：
步骤1、根据日回归轨道约束、卫星下视角覆盖约束和热点区域中心纬度分别得到初选卫星轨道高度范围和初选轨道倾角范围。
具体地，在已知热点区域位置的情况下，利用星载SAR系统的日回归轨道约束、卫星下视角覆盖约束和热点区域中心纬度初选出符合条件的初选卫星轨道高度范围和初选轨道倾角范围。
进一步地，步骤1包括：
步骤1.1、根据日回归轨道约束得到卫星轨道高度的第一可选择区间。
日回归轨道约束的表达式为：
Figure BDA0002659368290000171
其中，k表示日回归轨道约束参数，ω表示近地点幅角，Ωe表示地球自转角速度，
Figure BDA0002659368290000172
表示升交点赤经变化率，i表示轨道倾角，r＝Re+Hs表示卫星轨道半径，Re表示地球平均半径，Hs表示卫星轨道高度，μ＝3.986004415×1014m3/s2表示地球引力常数，J2＝1.08262692×10-3表示地球非球形摄动的一阶长期项。
具体地，结合式(15)和式(19)，以J2摄动为例，根据轨道高度Hs、轨道倾角i和回归轨道周期数Nr之间的关系，当回归轨道周期数Nr固定时，轨道高度Hs随轨道倾角i单调递增；当回归轨道周期数Nr对应的轨道高度Hs存在跳变，即回归轨道分布在离散的轨道高度带上。
当Nr＝16时，轨道高度Hs∈[152km,263km]，由于该高度区间的大气阻力较大，卫星工作寿命较短，不适合SAR卫星；当Nr＝13,14,15时，轨道高度Hs∈[455km,555km]∪[793km,881km]∪[1171km,1249km]，该高度区间的大气阻力较小，属于SAR卫星适合飞行的高度范围，根据具体任务要求可选择对应的轨道高度Hs。
所以，可得卫星轨道高度的第一可选择区间为Hs∈[455km,555km]∪[793km,881km]∪[1171km,1249km]，第一可选择区间属于适合SAR卫星飞行的高度范围。
步骤1.2、通过卫星下视角覆盖约束将第一可选择区间进行缩小得到第二可选择区间。
卫星下视角覆盖约束的表达式为：
Figure BDA0002659368290000181
具体地，式(24)表示星载SAR卫星的下视角工作范围对大圆弧
Figure BDA0002659368290000182
大小的约束，而大圆弧
Figure BDA0002659368290000183
与轨道参数有关。
具体地，根据式(26)和式(27)分析下视角跨度
Figure BDA0002659368290000184
满足式(24)的约束时，观测纬度范围随卫星轨道根数的变化。选择轨道倾角为20°、40°、60°和80°，轨道高度为Hs∈(200km,1500km)，由于升交点赤经仅影响观测经度，升交点赤经的值不同仅存在平移的关系，可不予考虑。在轨道高度Hs和轨道倾角i不同时，下视角跨度
Figure BDA0002659368290000191
满足式(24)对应的纬度跨度，此纬度跨度也可称为全方位角观测纬度跨度。
请参见图5，图5是本发明实施例提供的全方位角覆盖时的纬度跨度与轨道高度和轨道倾角的关系图，横坐标Hs为轨道高度，纵坐标为全方位角观测纬度跨度。随着轨道高度Hs升高，全方位角观测纬度跨度逐渐扩大；随着轨道倾角i增大，SAR卫星全方位角观测覆盖的纬度范围逐渐向高纬度区域移动，且全方位角观测纬度跨度的上界不会超过轨道倾角i，建议轨道高度Hs大于700km。
综上所述，卫星轨道高度的第二可选择区间为Hs∈[793km,881km]∪[1171km,1249km]，第二可选择区间属于全方位角覆盖的观测角度对应的SAR卫星飞行的高度范围。
步骤1.3、根据热点区域中心纬度得到初选轨道倾角范围。
具体地，若非高纬度地区有特殊观测需求时，建议轨道倾角i为i≤60°，除此以为的其他情况下，轨道倾角i为i＜30°。所以，根据热点区域中心纬度γsc可得初选轨道倾角的范围为i∈(γsc,γsc+30°)。
步骤1.4、在所述第二可选择区间内，根据初选轨道倾角范围和日回归轨道约束得到卫星轨道高度的第三可选择区间，第三可选择区间为初选卫星轨道高度范围。
具体地，在第二可选择区间内，将初选轨道倾角范围i∈(γsc,γsc+30°)代入式(20)，当Hs∈[793km,881km]，将i＝γsc代入式(20)得到Hmin，将i＝γsc+30°代入式(20)得到Hmax,1；当Hs∈[1171km,1249km]，将i＝γsc代入式(20)得到Hmin,2，将i＝γsc+30°代入式(20)得到Hmax,2。可得卫星轨道高度的第三可选择区间，第三可选择区间为初选卫星轨道高度范围[Hmin,1,Hmax,1]∪[Hmin,2,Hmax,2]第三可选择区间属于SAR卫星飞行在热点区域的高度范围。
步骤2、在初选卫星轨道高度范围内，根据日回归轨道约束、星下点轨迹交点、热点区域中心纬度和初选轨道倾角范围分别得到精选卫星轨道高度范围和精选轨道倾角范围。
首先，需要设定一个常数判决门限ε和一个待选参数集
Figure BDA0002659368290000201
进一步地，步骤2包括：
步骤2.1、在初选卫星轨道高度范围内搜索目标轨道高度得到轨道高度数据集。
具体地，以Hmin,1为初值、δH为间距，在初选卫星轨道高度范围[Hmin,1,Hmax,1]∪[Hmin,2,Hmax,2]内搜索目标轨道高度得到轨道高度数据集
Figure BDA0002659368290000202
即当初选卫星轨道高度范围满足日回归轨道约束和卫星下视角覆盖约束，根据热点区域中心纬度得到的轨道高度为目标轨道高度。
步骤2.2、根据所述日回归轨道约束和所述轨道高度数据集得到日回归轨道倾角数据集。
具体地，将轨道高度数据集
Figure BDA0002659368290000203
代入式(9)得到最大周期间隔数数据集，将轨道高度数据集
Figure BDA0002659368290000204
代入式(19)得到日回归轨道倾角数据集
Figure BDA0002659368290000205
式(9)为形成交点的轨迹间的最大周期间隔数Nmax的表达式，式(19)为日回归轨道约束的表达式。
步骤2.3、根据最大周期间隔数和所述轨道高度数据集得到最大周期间隔数数据集。
具体地，设周期间隔数数据集为
Figure BDA0002659368290000211
周期间隔数数据集的最大值的取值集合为最大周期间隔数数据集的取值范围，将最大周期间隔数数据集
Figure BDA0002659368290000212
带入卫星星下点轨迹交点表达式(6)中得到交点纬度数据集
Figure BDA0002659368290000213
步骤2.4、根据热点区域中心纬度和交点纬度数据集得到热点区域与轨道交点的角度数据集。
具体地，计算热点区域中心纬度γsc与交点纬度数据集
Figure BDA0002659368290000214
之间的角度为
Figure BDA0002659368290000215
其中，
Figure BDA0002659368290000216
步骤2.5、当热点区域与轨道交点的角度数据集小于常数判决门限时，根据热点区域中心纬度得到目标全方位角观测单元的中心纬度。
具体地，对于周期间隔数数据集中任意的数值
Figure BDA0002659368290000217
当热点区域中心纬度与交点纬度数据集之间的角度
Figure BDA0002659368290000218
时，可近似认为热点区域中心纬度γsc恰好与目标全方位角观测单元的中心纬度相同，所以，
Figure BDA0002659368290000219
时的热点区域中心纬度γsc为目标全方位角观测单元的中心纬度。
步骤2.6、基于星下点与其下视角的约束，交点纬度数据集得到全方位角观测单元圆心角。
具体地，星下点与其下视角的约束表达式为式(27)，以交点纬度数据
Figure BDA00026593682900002110
为中心纬度，将此中心纬度代入式(27)可得全方位角观测单元圆心角
Figure BDA00026593682900002111
步骤2.7、基于所述目标全方位角观测单元的中心纬度和所述全方位角观测单元圆心角对应的下视角跨度，当所述全方位角观测单元边长对应的圆心角满足覆盖条件时得到待选轨道参数集，待选轨道参数集中的卫星轨道高度范围为精选卫星轨道高度范围，待选轨道参数集中的轨道倾角的范围为精选轨道倾角范围。
基于目标全方位角观测单元的中心纬度，将全方位角观测单元圆心角
Figure BDA0002659368290000221
带入卫星下视角覆盖约束公式(24)中判断是否满足覆盖条件，并将全方位角观测单元圆心角
Figure BDA0002659368290000222
对应的参数矢量
Figure BDA0002659368290000223
添加至待选参数集
Figure BDA0002659368290000224
中形成待选轨道参数集，待选轨道参数集中的卫星轨道高度范围为精选卫星轨道高度范围，待选轨道参数集
Figure BDA0002659368290000225
中的轨道倾角的范围为精选轨道倾角范围。
步骤3、基于最小化代价函数，根据精选卫星轨道高度范围和精选轨道倾角范围得到最优卫星轨道高度范围和最优轨道倾角范围。
具体地，待选轨道参数集
Figure BDA0002659368290000228
中所有的轨道参数都满足对目标全方位角观测的基本要求。
进一步地，步骤3包括：
步骤3.1、基于最小化代价函数，根据所述精选卫星轨道高度范围和所述精选轨道倾角范围得到最优轨道参数集。
具体地，为了使热点区域能够在最短时间内进行360°全方位角观测，通过最小化代价函数
Figure BDA0002659368290000226
进行最优轨道参数选取，即认为最优轨道参数满足圆心角参数矢量的约束表达式：
Figure BDA0002659368290000227
步骤3.2、基于穷举法，通过最优轨道参数集得到最优轨道参数矢量，最优轨道参数矢量中的卫星轨道高度范围为最优卫星轨道高度范围，最优轨道参数矢量中的轨道倾角范围为最优轨道倾角范围。
在进行归纳推理时，如果逐个考察了某类事件的所有可能情况而得出的一般结论，且这个结论是可靠的，此归纳方法为穷举法。
基于穷举法，并结合式(28)可得到最优轨道参数集
Figure BDA0002659368290000231
步骤4、根据热点区域中心经度、最优卫星轨道高度范围和最优轨道倾角范围得到轨道升交点赤经数据集和纬度幅角数据集。
进一步地，当热点区域中心经度与全方位观测单元中心经度相等时，根据所述最优卫星轨道高度范围和所述最优轨道倾角范围得到所述轨道升交点赤经数据集和所述纬度幅角数据集。
热点区域中心经度ξsc仅影响卫星轨道升交点赤经Ω和纬度幅角ωc的选择。因此，在求解最优轨道参数集
Figure BDA0002659368290000232
之后，通过确定合适的升交点赤经数据集
Figure BDA0002659368290000233
和纬度幅角数据集
Figure BDA0002659368290000234
使热点区域中心经度ξsc与全方位角观测单元中心经度相等即可。
综上所述，全方位角观测SAR卫星的轨道四根数数据集
Figure BDA0002659368290000235
设计完成。
实施例三
本发明的效果可以通过以下仿真进行验证。
仿真条件：
利用STK仿真实验对本发明提出的基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法进行验证，仿真选取的目标热点区域中心经纬度为(47°36′21″N,122°19′56″W)。
仿真内容：
请参见图6和图7，图6是本发明实施例提供的初选轨道高度和初选轨道倾角的结果示意图，横坐标Hs为轨道高度，纵坐标Inclination[°]为轨道倾角；图7是本发明实施例提供的精选轨道高度和精选轨道倾角的结果示意图，在图7中，(a)图的横坐标Hs为轨道高度，纵坐标Inclination[°]为轨道倾角，(b)图的横坐标Hs为轨道高度，纵坐标TAll,min为最小全方位角观测时长。通过对初选卫星轨道高度范围[Hmin,1,Hmax,1]∪[Hmin,2,Hmax,2]进一步约束得到精选卫星轨道高度范围，通过对初选轨道倾角范围i∈(γsc,γsc+30°)进一步约束得到精选轨道倾角范围。如图7(a)所示，精选参数集中一共有3组离散的参数恰好使热点区域纬度γsc位于全方位角网格中心，且位于卫星下视角范围[20°,60°]内，对应的轨道高度Hs和轨道倾角i分别为(839km,61.13°)、(851km,69.84°)、(1228km,74.51°)。如图7(b)给出了8组参数对应的最小全方位角观测时长TAll,min，分别为9.345hour、11.279hour、12.290hour。根据最小全方位角观测时长TAll,min最小化的优化方案，选择TAll,min＝9.345hour对应的轨道高度与倾角参数组(839km,61.13°)作为最终结果。
如表1.1所示，输入热点区域中心经度后计算得到卫星的轨道参数。
请参见图8，图8是本发明实施例提供的星下点轨迹仿真图。为表1.1中参数在STK软件中仿真的星下点轨迹，仿真时间段为UTCG时间2007年7月1日12:00:00.000至2007年7月2日12:00:00.000。可以得出，1日之内星下点轨迹交织组成的网格覆盖了地球[-60°,60°]的纬度范围，在不同纬度带形成密布的全方位角观测单元，而目标热点区域中心(西雅图市中心)位于全方位角观测单元的中心，该单元跨越的卫星轨道整周期数NΔ＝6。
表1.1轨道参数设计结果
参数名 数值
轨道高度 838.594km
轨道倾角 61.13°
升交点赤经 112.066°
纬度幅角 0°
轨道纪元时间 2007年7月1日12:00:00.000UTCG
仿真结果分析：
请参见图9，图9是本发明实施例提供的星载SAR传感器瞬时覆盖范围仿真图。在卫星上添加SAR传感器，设置传感器的波束俯仰角范围[20°,60°]，前后向的锥角盲区为[0°,65°]，则SAR传感器的瞬时覆盖范围。由于STK软件中并未定制全方位角观测的覆盖条件，因此需设置一个近似的全方位角观测覆盖条件：可见次数≥4次、可见时长≥800s。设置可见次数≥4次是为了约束SAR卫星通过四次航过形成的全方位角观测单元对同一区域进行观测，同时设定可见时长≥800s是确保每次航过时平均有至少200s的观测时长。
请参见图10，图10是本发明实施例提供的SAR全方位角覆盖区域示意图。显示了STK的覆盖仿真结果，其中灰色区域为满足全方位角覆盖条件的区域，加粗弧线对应对热点区域中心的可视弧段。从图10中可以得出关于覆盖性的重要性质：
①目标热点区域中心(西雅图市中心)及其所在的全方位角观测单元区域都满足全方位角覆盖条件；
②地球南北纬30°至60°之间的区域几乎都满足全方位角观测覆盖条件，说明本发明的轨道参数及星座构型设计方法得到的卫星轨道不仅能满足对目标热点区域全方位角覆盖的需要，而且具备对一定纬度范围内的其它热点区域全方位角覆盖潜力；
③虽然在进行轨道设计时，是以4次航过全方位角观测为目标的，但是从可视弧段可以看出实际设计轨道在1日内对目标热点区域的可见弧段多达8条，覆盖性能意外的要优于设计初始目标。
请参见图11，图11是本发明实施例提供的热点区域覆盖配置结果分析。为了验证热点区域中心的全方位角最小观测时长TAll,min是否与预期一致，用STK软件对该热点区域中心进行品质分析。在8条可视弧段中，有6条弧段满足覆盖时长≥200s，恰好分布在全方位角观测单元跨越的6个周期中，因此这6条弧段的起止时间对应着全方位角观测单元的起止时间。这6条可视弧段的开始时间为2007年7月1日22:16:00.000UTCG，结束时间为2007年7月2日07:26:00.000UTCG。因此，STK仿真计算的全方位角最小观测时长TAll,min与理论计算的9.345hour之间差0.145hour，即相差8.7min，相对于TAll,min的1.58％，其误差来源为式(10)中单元的边长所在的大圆弧的弧长(周长)Υ的近似值。但是，从系统设计的角度出发，8.7min的近似误差并不影响对TAll,min最小轨道参数的决策，也基本上反映了TAll,min的大小，说明式(10)的近似估计是可以接受的。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法，其特征在于，包括：
根据日回归轨道约束、卫星下视角覆盖约束和热点区域中心纬度分别得到初选卫星轨道高度范围和初选轨道倾角范围；
在所述初选卫星轨道高度范围内，根据所述日回归轨道约束、星下点轨迹交点、所述热点区域中心纬度和所述初选轨道倾角范围分别得到精选卫星轨道高度范围和精选轨道倾角范围；
基于最小化代价函数，根据所述精选卫星轨道高度范围和所述精选轨道倾角范围得到最优卫星轨道高度范围和最优轨道倾角范围；
根据热点区域中心经度、所述最优卫星轨道高度范围和所述最优轨道倾角范围得到轨道升交点赤经数据集和纬度幅角数据集。
2.根据权利要求1所述的基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法，其特征在于，根据日回归轨道约束、卫星下视角覆盖约束和热点区域中心纬度分别得到初选卫星轨道高度范围和初选轨道倾角范围，包括：
根据所述日回归轨道约束得到卫星轨道高度的第一可选择区间；
通过所述卫星下视角覆盖约束将所述第一可选择区间进行缩小得到第二可选择区间；
根据所述热点区域中心纬度得到所述初选轨道倾角范围；
在所述第二可选择区间内，根据所述初选轨道倾角范围和所述日回归轨道约束得到所述卫星轨道高度的第三可选择区间，所述第三可选择区间为所述初选卫星轨道高度范围。
3.根据权利要求1所述的基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法，其特征在于，在所述初选卫星轨道高度范围内，根据所述日回归轨道约束、星下点轨迹交点、所述热点区域中心纬度和所述初选轨道倾角范围分别得到精选卫星轨道高度范围和精选轨道倾角范围，包括：
在所述初选卫星轨道高度范围内搜索目标轨道高度得到轨道高度数据集；
根据所述日回归轨道约束和所述轨道高度数据集得到日回归轨道倾角数据集；
根据最大周期间隔数和所述轨道高度数据集得到最大周期间隔数数据集；
根据所述最大周期间隔数数据集和所述星下点轨迹交点得到交点纬度数据集；
根据所述热点区域中心纬度和所述交点纬度数据集得到热点区域与轨道交点的角度数据集；
当所述热点区域与轨道交点的角度数据集小于常数判决门限时，根据所述热点区域中心纬度得到目标全方位角观测单元的中心纬度；
基于星下点与其下视角的约束，所述交点纬度数据集得到全方位角观测单元圆心角；
基于所述目标全方位角观测单元的中心纬度和所述全方位角观测单元圆心角对应的下视角跨度，当所述全方位角观测单元边长对应的圆心角满足覆盖条件时得到待选轨道参数集，所述待选轨道参数集中的卫星轨道高度范围为所述精选卫星轨道高度范围，所述待选轨道参数集中的轨道倾角的范围为所述精选轨道倾角范围。
4.根据权利要求3所述的基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法，其特征在于，基于最小化代价函数，根据所述精选卫星轨道高度范围和所述精选轨道倾角范围得到最优卫星轨道高度范围和最优轨道倾角的范围，包括：
基于最小化代价函数，根据所述精选卫星轨道高度范围和所述精选轨道倾角范围得到最优轨道参数集；
基于穷举法，通过所述最优轨道参数集得到最优轨道参数矢量，所述最优轨道参数矢量中的卫星轨道高度范围为所述最优卫星轨道高度范围，所述最优轨道参数矢量中的轨道倾角范围为所述最优轨道倾角范围。
5.根据权利要求4所述的基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法，其特征在于，根据热点区域中心经度、所述最优卫星轨道高度范围和所述最优轨道倾角范围得到轨道升交点赤经数据集和纬度幅角数据集，包括：
当所述热点区域中心经度与全方位观测单元中心经度相等时，根据所述最优卫星轨道高度范围和所述最优轨道倾角范围得到所述轨道升交点赤经数据集和所述纬度幅角数据集。
6.根据权利要求1所述的基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法，其特征在于，所述日回归轨道约束的表达式为：
Figure FDA0002659368280000031
其中，k表示日回归轨道约束参数，ω表示近地点幅角，Ωe表示地球自转角速度，
Figure FDA0002659368280000032
表示升交点赤经变化率，i表示轨道倾角，r＝Re+Hs表示卫星轨道半径，Re表示地球平均半径，Hs表示卫星轨道高度，μ＝3.986004415×1014m3/s2，表示地球引力常数，J2＝1.08262692×10-3，表示地球非球形摄动的一阶长期项。
7.根据权利要求1所述的基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法，其特征在于，所述卫星下视角覆盖约束的表达式为：
Figure FDA0002659368280000041
其中，Re表示地球平均半径，Hs表示卫星轨道高度，
Figure FDA0002659368280000042
表示以节点
Figure FDA0002659368280000043
为星下点，以节点
Figure FDA0002659368280000044
为星下点轨迹的全方位观测单元边长对应的圆心角。
CN202010899039.7A 2020-08-31 2020-08-31 基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法 Active CN112230219B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010899039.7A CN112230219B (zh) 2020-08-31 2020-08-31 基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202010899039.7A CN112230219B (zh) 2020-08-31 2020-08-31 基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN112230219A true CN112230219A (zh) 2021-01-15
CN112230219B CN112230219B (zh) 2022-11-04

Family

ID=74116859

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202010899039.7A Active CN112230219B (zh) 2020-08-31 2020-08-31 基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN112230219B (zh)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113014311A (zh) * 2021-03-16 2021-06-22 东方红卫星移动通信有限公司 一种覆盖局部区域的低轨共地面轨迹星座设计方法
CN113589832A (zh) * 2021-06-30 2021-11-02 北京宇航系统工程研究所 对地表固定区域目标稳定观测覆盖的星座快速设计方法
CN113632090A (zh) * 2021-06-30 2021-11-09 中国科学院微小卫星创新研究院 全球碳盘点卫星的轨道设计系统
CN114529602A (zh) * 2022-04-24 2022-05-24 北京开运联合信息技术集团股份有限公司 一种空间多目标态势监视方法及装置

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102645224A (zh) * 2012-04-23 2012-08-22 北京空间飞行器总体设计部 一种基于星间伪距极值的编队星座构型维持控制方法
US20140017992A1 (en) * 2010-10-01 2014-01-16 Telesat Canada Satellite system and method for circumpolar latitudes
CN103675832A (zh) * 2013-11-29 2014-03-26 中国空间技术研究院 一种快速重访离散目标的低轨卫星轨道设计方法
CN106249253A (zh) * 2016-07-20 2016-12-21 中国人民解放军装备学院 低轨通信和导航增强混合星座的优化设计方法
CN107505615A (zh) * 2017-08-22 2017-12-22 西安电子科技大学 星载sar滑动聚束成像模式星体姿态设计方法
CN109146157A (zh) * 2018-08-02 2019-01-04 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 一种基于太阳同步回归轨道的共轨迹应急侦察星座优化设计方法
CN109417827A (zh) * 2016-05-03 2019-03-01 特伊亚集团股份有限公司 地球同步卫星频谱重用通信的低地球轨道卫星星座系统

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20140017992A1 (en) * 2010-10-01 2014-01-16 Telesat Canada Satellite system and method for circumpolar latitudes
CN102645224A (zh) * 2012-04-23 2012-08-22 北京空间飞行器总体设计部 一种基于星间伪距极值的编队星座构型维持控制方法
CN103675832A (zh) * 2013-11-29 2014-03-26 中国空间技术研究院 一种快速重访离散目标的低轨卫星轨道设计方法
CN109417827A (zh) * 2016-05-03 2019-03-01 特伊亚集团股份有限公司 地球同步卫星频谱重用通信的低地球轨道卫星星座系统
CN106249253A (zh) * 2016-07-20 2016-12-21 中国人民解放军装备学院 低轨通信和导航增强混合星座的优化设计方法
CN107505615A (zh) * 2017-08-22 2017-12-22 西安电子科技大学 星载sar滑动聚束成像模式星体姿态设计方法
CN109146157A (zh) * 2018-08-02 2019-01-04 中国人民解放军战略支援部队航天工程大学 一种基于太阳同步回归轨道的共轨迹应急侦察星座优化设计方法

Non-Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ALBERTO MOREIRA ET AL.: "A tutorial on synthetic aperture radar", 《CELESTIAL MECHANICS AND DYNAMICAL ASTRONOMY》 *
HAO WU: "Simulation Technology of Spaceborne SAR", 《2019 6TH ASIA-PACIFIC CONFERENCE ON SYNTHETIC APERTURE RADAR (APSAR)》 *
JINWEI XIE: "Speckle Filtering of GF-3 Polarimetric SAR Data with", 《SENSORS》 *
周超伟等: "联合多方位角调频率估计的星载SAR三维成像方法", 《雷达学报》 *
孙洋等: "对地观测小卫星的轨道设计及目标覆盖仿真", 《四川兵工学报》 *
李春升: "星载SAR技术的现状与发展趋势", 《电子与信息学报》 *
郦苏丹等: "采用遗传算法的低轨区域通信星座优化设计", 《通信学报》 *
陈琪锋等: "卫星星座系统多学科设计优化研究", 《宇航学报》 *
马剑等: "特定区域密集观测的低轨卫星星座最优设计方法", 《中国科学:技术科学》 *

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113014311A (zh) * 2021-03-16 2021-06-22 东方红卫星移动通信有限公司 一种覆盖局部区域的低轨共地面轨迹星座设计方法
CN113014311B (zh) * 2021-03-16 2022-06-10 东方红卫星移动通信有限公司 一种覆盖局部区域的低轨共地面轨迹星座设计方法
CN113589832A (zh) * 2021-06-30 2021-11-02 北京宇航系统工程研究所 对地表固定区域目标稳定观测覆盖的星座快速设计方法
CN113632090A (zh) * 2021-06-30 2021-11-09 中国科学院微小卫星创新研究院 全球碳盘点卫星的轨道设计系统
CN113632090B (zh) * 2021-06-30 2022-05-27 中国科学院微小卫星创新研究院 全球碳盘点卫星的轨道设计系统
CN113589832B (zh) * 2021-06-30 2024-03-19 北京宇航系统工程研究所 对地表固定区域目标稳定观测覆盖的星座快速设计方法
CN114529602A (zh) * 2022-04-24 2022-05-24 北京开运联合信息技术集团股份有限公司 一种空间多目标态势监视方法及装置
CN114529602B (zh) * 2022-04-24 2022-07-05 北京开运联合信息技术集团股份有限公司 一种空间多目标态势监视方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN112230219B (zh) 2022-11-04

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN112230219B (zh) 基于全方位角观测的轨道参数及星座构型设计方法
CN111680354B (zh) 近地回归轨道卫星星下点和摄影点轨迹自交点的计算方法
CN107329146B (zh) 一种导航卫星低轨监测星座的优化设计方法
Zurek et al. An overview of the Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) science mission
US7270299B1 (en) Space based change detection using common ground track constellations
CN113632090B (zh) 全球碳盘点卫星的轨道设计系统
US6868316B1 (en) Satellite constellation system
US7255308B1 (en) Solar dominated satellite constellations capable of having repeating common ground tracks
CN109639338B (zh) 一种适用于通导遥一体化应用的全球覆盖星座的设计方法
CN112346086A (zh) 一种基于临近空间浮空平台的高效快速掩星预报方法
CN113591263A (zh) 一种基于几何解析法的广域目标搜索星座设计方法
CN113644959B (zh) 一种太阳同步回归轨道对地观测混合星座设计方法
CN112874814B (zh) 一种红外低轨星座的任务星调度方法
WO2015057103A1 (ru) Способ наблюдения поверхности планеты из космоса и космическая спутниковая система для осуществления этого способа
CN113408063B (zh) 面向多星多侦察目标的轨道机动优化方法
CN113176072B (zh) 适用于对地光学探测星座阳光干扰的通用分析方法
Hanson et al. Improved low-altitude constellation design methods
CN114545462A (zh) 一种基于低中高轨的复杂异构导航星座实现方法
CN111581309B (zh) 一种地球同步轨道带空间碎片观测方法
Wang et al. Visibility of LEO satellites under different ground network distributions
Kudva et al. Preliminary star catalog development for the Earth Observation System AM1 (EOS-AM1) mission
CN114204974B (zh) 一种低轨通、导、遥系统的多层异构星座方案及最小配置设计方法
Geiger et al. Long Term Planning for the ExoMars Trace Gas Orbiter Mission: Opportunity Analysis and Observation Scheduling
CN112130147A (zh) 一种基于海陆目标位置信息的成像波位确定方法
CN115048817B (zh) 一种对地威慑分析的决策辅助方法及系统

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant