CN112231873B - 一种meo星座轨位冲突解决方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种MEO星座轨位冲突解决方法包括：步骤一：确定MEO星座各星标称轨道及其相位保持范围，步骤二：确定重叠轨位所在轨道面与其它两个轨道面的交点位置，步骤三：确定不同轨道面卫星同时过轨道面交点，步骤四：确定不同轨位偏移量与其它两个轨道面卫星的相位差，步骤五：确定新轨位及相位的保持范围，本发明提出基于相位的新轨位确定方法，解决MEO星座轨位重叠带来的频率干扰和碰撞风险，适用解决MEO星座轨位冲突问题，可为后续备份卫星轨位设计提供参考。

Description

一种MEO星座轨位冲突解决方法
技术领域
本发明属于在轨航天器测控管理领域，具体指一种MEO星座轨位冲突解决方法，适用于解决MEO星座轨位冲突问题。
背景技术
中地球轨道(Medium Earth Orbit，MEO)主要是指距离地球表面2000至 20000公里的地球轨道。北斗导航MEO星座共设计24颗卫星，卫星轨道高度相同，平均分布在三个轨道面，组成Walk星座构型中的δ星座。相邻平面的对应序号的卫星之间的相位差15度，每条轨道的升交点以间隔为120度均匀分布，每条轨道上的卫星按等间隔45度均匀分布。
在北斗二号向北斗三号平稳过渡及北斗三号全球导航星座组网建设过程中，由于北斗二号与北斗三号MEO卫星共用MEO星座轨位，造成北斗二号与北斗三号MEO星座卫星轨位重叠，需要重新设计MEO卫星轨位，确定新轨位相位保持要求，以避免与北斗三号MEO卫星出现频率干扰和碰撞风险。
从上面分析可以可知，有必要提供MEO星座轨位冲突解决方法来支持北斗导航星座建设。
发明内容
本发明的目的提供一种MEO星座轨位冲突解决方法，针对MEO星座卫星轨位重叠问题，在不改变轨道面的前提下，提出基于相位的新轨位确定方法，解决MEO星座轨位重叠带来的频率干扰和碰撞风险。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方法：
步骤一：确定MEO星座各星标称轨道及相位保持要求
将出现轨位重叠轨道面定义为第一轨道面，该重叠轨位定义为该轨道面第一相位，且为整个星座的基准星，其余卫星与其相位差为Δui(i＝0,1,…,n)，在标称轨位的保持范围为±ε度，碰撞规避要求的相位差σ。
将整个星座中的卫星按照顺序进行编号，对于第i轨道面的第j颗卫星编号为MEOij，其与基准星之间标称相对相位Δμij为：
Δμij＝mod((i-1)*15+(j-1)*45,360)
步骤二：计算重叠轨位所在轨道面与其它两个轨道面交点位置
第一轨道面与第二轨道面的交点，因两个轨道面交点相差幅角为180度，只需计算一个交点。
第一轨道面倾角矢量：
第二轨道面倾角矢量：
两轨道面倾角矢量差为
计算两轨道面交点中靠近第一轨道面升交点的交点的赤经：
l＝a tan 2(Δi21x,Δi21y)
该交点在第一轨道面距离升交点的角距u12为：
cos B＝cos l sin i
cos u＝tan(90-B)tan i
u12＝360-u
该交点在第二轨道面距离升交点的角距u21为：
u21＝180+u
第一轨道面与第三轨道面的交点
第一轨道面倾角矢量：
第三轨道面倾角矢量：
两轨道面倾角矢量差为
计算两轨道面交点中靠近第一轨道面升交点的交点的赤经：
l＝a tan 2(Δi21x,Δi21y)
该交点在第一轨道面距离升交点的角距u13为：
cos B＝cos l sin i
cos u＝tan(90-B)tan i
u13＝u
该交点在第三轨道面距离升交点的角距u31为：
u31＝180-u
步骤三：确定不同轨道面卫星同时过轨道面交点时具备的条件
第一个轨道面与第二轨道面卫星同时过交点的两星相位差满足条件
Δu12＝u21-u12＝2u-180
第一个轨道面与第三轨道面卫星同时过交点的两星相位差满足条件
Δu13＝u31-u13＝180-2u
步骤四：计算不同轨位偏移量与其它两个轨道面卫星的相位差
综合考虑与轨位重叠卫星及与其共面卫星的相位隔离问题，轨位偏离的范围为(ε+σ,45-ε-σ)。在此范围内，以ε+σ作为初始偏差，按照ΔP作为步长，分别计算不同轨位偏移量情况下其它轨道面卫星与其相位差
Δμijk＝mod((i-1)*15+(j-1)*45,360)+ε+kΔP,k＝1,2,…,n
其中n＝int((45-2ε)/ΔP)
步骤五：确定新轨位及相位保持范围
根据上述计算的n组相位差Δμijk，分别计算统计与步骤三中相位差满足条件差值的最小值。
Δumin,k＝min(Δμijk-Δu),k＝1,2,…,n
其中若为第二轨道面卫星，Δu＝Δu12；若为第三轨道面卫星，Δu＝Δu13。
统计相位差最小值大于ε+σ的区间，以区间范围最大作为新轨位的保持范围，该区间的中间值作为新轨位。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明提出基于相位的新轨位确定方法，解决MEO星座轨位重叠带来的频率干扰和碰撞风险，适用解决MEO星座轨位冲突问题，可为后续备份卫星轨位设计提供参考。
附图说明
图1是本发明相位差差值最小值的分布图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方法进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例：一种MEO星座轨位冲突解决方法，包括如下步骤：
步骤一：确定MEO星座各星标称轨道及相位保持要求
北斗MEO轨位重叠轨道面定义为第一轨道面，该重叠轨位定义为该轨道面第一相位，且为整个星座的基准星。星座卫星标称轨道如下：
第一轨道面倾角为55度，升交点赤经为0度，其7颗卫星的标称相位分别为45，90，135，180，225，270，315
第二轨道面倾角为55度，升交点赤经为120度，标称相位分别为15，60， 105，150，195，240，285，330
第三轨道面倾角为55度，升交点赤经为240度，标称相位分别为30，75， 120，165，210，255，300，345
星座卫星相位保持范围在标称值的±5度范围内，碰撞规避要求的相位差 0.5度。
步骤二：计算重叠轨位所在轨道面与其它两个轨道面交点位置
第一轨道面与第二轨道面的交点
根据技术方案中步骤二的公式计算，u为45.18度，该交点在第一轨道面距离升交点的角距u12为314.82度，该交点在第二轨道面距离升交点的角距u21为 225.18度。
第一轨道面与第三轨道面的交点
根据技术方案中步骤二的公式计算，u为45.18度，该交点在第一轨道面距离升交点的角距u13为45.18度，该交点在第三轨道面距离升交点的角距u31为 134.82度。
步骤三：确定不同轨道面卫星同时过轨道面交点时具备的条件
第一个轨道面与第二轨道面卫星同时过交点的两星相位差Δu12等于-89.64 度。
第一个轨道面与第三轨道面卫星同时过交点的两星相位差Δu13等于89.64 度。
步骤四：计算不同轨位偏移量与其它两个轨道面卫星的相位差
轨位偏离的范围为(6.5,38.5)，以6.5度作为初始偏差，按照0.5度作为步长，分别计算不同轨位偏移量情况下其它轨道面卫星与其相位差，具体见下表：
表1第二轨道面卫星的相位差
表2第三轨道面卫星的相位差
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步骤五：确定新轨位及相位保持范围
根据上述计算的69组相位差，分别计算统计每一组相位差与步骤二的两星相位差的差值 的最小值，具体见附图1。
相位差最小值大于5.5度的区间见下表，因此，以偏离基准星22.5度作为新轨位，保持范围为±2度。
虽然在上文中已经参考实施例对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施例中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (2)

1.一种MEO星座轨位冲突解决方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：确定MEO星座各星标称轨道及其相位保持范围；
将出现轨位重叠轨道面定义为第一轨道面，该重叠轨位定义为该轨道面第一相位，且为整个星座的基准星，其余卫星与其相位差为Δui(i＝0,1,…,n)，在标称轨位的保持范围为±ε度，碰撞规避要求的相位差σ；
将整个星座中的卫星按照顺序进行编号，对于第i轨道面的第j颗卫星编号为MEOij，其与基准星之间标称相对相位Δμij为：
Δμij＝mod((i-1)*15+(j-1)*45,360)；
步骤二：确定重叠轨位所在轨道面与其它两个轨道面的交点位置；
第一轨道面倾角矢量：
第二轨道面倾角矢量：
两轨道面倾角矢量差为
两轨道面交点中靠近第一轨道面升交点的交点的赤经：
l＝atan2(Δi21x,Δi21y)
该交点在第一轨道面距离升交点的角距u12为：
cosB＝coslsini
cosu＝tan(90-B)tani
u12＝360-u
该交点在第二轨道面距离升交点的角距u21为：
u21＝180+u
第一轨道面与第三轨道面的交点
第一轨道面倾角矢量：
第三轨道面倾角矢量：
两轨道面倾角矢量差为
两轨道面交点中靠近第一轨道面升交点的交点的赤经：
l＝atan2(Δi21x,Δi21y)
该交点在第一轨道面距离升交点的角距u13为：
cosB＝coslsini
cosu＝tan(90-B)tani
u13＝u
该交点在第三轨道面距离升交点的角距u31为：
u31＝180-u；
步骤三：确定不同轨道面卫星同时过轨道面交点
第一个轨道面与第二轨道面卫星同时过交点的两星相位差满足条件：
Δu12＝u21-u12＝2u-180
第一个轨道面与第三轨道面卫星同时过交点的两星相位差满足条件：
Δu13＝u31-u13＝180-2u；
步骤四：确定不同轨位偏移量与其它两个轨道面卫星的相位差
轨位偏离的范围为(ε+σ,45-ε-σ)，在此范围内，以ε+σ作为初始偏差，按照ΔP作为步长，分别确定不同轨位偏移量情况下其它轨道面卫星与其相位差
Δμijk＝mod((i-1)*15+(j-1)*45,360)+ε+kΔP,k＝1,2,...,n
其中n＝int((45-2ε)/ΔP)；
步骤五：确定新轨位及相位的保持范围；
根据上述步骤确定的n组相位差Δμijk，分别确定统计与步骤三中相位差满足条件差值的最小值，
Δumin,k＝min(Δμijk-Δu),k＝1,2,…,n
其中若为第二轨道面卫星，Δu＝Δu12；若为第三轨道面卫星，Δu＝Δu13；
统计相位差最小值大于ε+σ的区间，以区间范围最大作为新轨位的保持范围，该区间的中间值作为新轨位。
2.根据权利要求1所述的一种MEO星座轨位冲突解决方法，其特征在于，所述步骤二，重叠轨位所在轨道面与其它两个轨道面的交点位置，所述第一轨道面与第二轨道面的交点，因两个轨道面交点相差幅角为180度，只需确定一个交点。
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面向GEO卫星频轨协调风险的定量化评估;周鑫林;巩应奎;韩朝晖;;计算机仿真;20180215(第02期);全文 *

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