CN113572513A - 低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供了一种低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法及装置，解决了目前缺乏对低轨卫星星座的性能评估研究的问题。所述低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法包括：基于星座中单颗卫星覆盖的网格区域得到通信卫星星座的系统覆盖率；基于人口密度随纬度分布图得到纬度人口分布密度函数，基于所述纬度人口分布密度函数得到纬度加权的覆盖性能指标；基于卫星成本和发射部署成本得到星座成本；基于所述系统覆盖率、所述纬度加权的覆盖性能指标和所述星座成本对星座构型性能进行分析。

Description

低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法及装置

技术领域

本发明涉及卫星星座性能分析领域，具体涉及一种低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法及装置。

背景技术

星座性能评估是评判星座能否达到设计标准的有效方法。低轨卫星星座不同于中轨和高轨卫星星座，它的卫星数量庞大、结构更加复杂，并且部署周期也相对较长，所以评估方式和准则也有所不同。

随着微纳卫星技术的快速发展，低轨卫星星座逐渐成为各航天大国重点研究的内容，对低轨卫星星座的性能评估进行研究，有助于提高低轨星座的建设，但是现有技术中对低轨卫星星座的性能评估研究比较少。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法及装置，解决了目前缺乏对低轨卫星星座的性能评估研究的问题。

本发明一实施例提供的一种低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法包括：基于星座中单颗卫星覆盖的网格区域得到通信卫星星座的系统覆盖率；基于人口密度随纬度分布图得到纬度人口分布密度函数，基于所述纬度人口分布密度函数得到纬度加权的覆盖性能指标；基于卫星成本和发射部署成本得到星座成本；基于所述系统覆盖率、所述纬度加权的覆盖性能指标和所述星座成本对星座构型性能进行分析。

在一种实施方式中，所述覆盖性能指标包括系统覆盖率、观测仰角、可见卫星数和星座覆盖效率中的至少一种。

在一种实施方式中，所述基于所述纬度人口分布密度函数得到纬度加权的覆盖性能指标的步骤包括：基于地球表面目标位置坐标和目标卫星坐标得到所述目标位置对所述目标卫星的观测仰角；基于所述观测仰角得到不同纬度下的最低观测仰角；基于所述纬度人口分布密度函数和所述不同纬度下的最低观测仰角得到人口分布下的最低观测仰角。

在一种实施方式中，所述基于所述纬度人口分布密度函数得到纬度加权的覆盖性能指标的步骤包括：基于地球表面目标位置坐标和目标卫星坐标得到所述目标位置对所述目标卫星的观测仰角；基于所述观测仰角得到所述观测仰角下的可见卫星数；基于所述观测仰角下的可见卫星数得到不同纬度下的可见卫星数；基于所述纬度人口分布密度函数和所述不同纬度下的可见卫星数得到地球表面平均可见卫星数。

在一种实施方式中，所述基于所述纬度人口分布密度函数得到纬度加权的覆盖性能指标的步骤包括：基于所述纬度人口分布密度函数得到星座总覆盖面积，基于所述星座总覆盖面积得到星座的覆盖效率。

在一种实施方式中，基于所述星座总覆盖面积得到星座的覆盖效率的步骤包括：基于所述人口分布下的最低观测仰角和星座相对于地面的高度得到单颗卫星对地球覆盖的球冠状面积；基于所述星座总覆盖面积和所述单颗卫星对地球覆盖的球冠状面积得到最少卫星数的标准卫星数；基于所述最少卫星数的标准卫星数得到星座的覆盖效率。

在一种实施方式中，所述发射成本包括普通发射成本和循环成本。

一种低轨大规模通信卫星星座构型性能分析装置，其特征在于，包括：计算单元，作用为基于星座中单颗卫星覆盖的网格区域得到通信卫星星座的系统覆盖率；基于人口密度随纬度分布图得到纬度人口分布密度函数，基于所述纬度人口分布密度函数得到纬度加权的覆盖性能指标；基于卫星成本和发射部署成本得到星座成本；分析单元，作用为基于所述系统覆盖率、所述纬度加权的覆盖性能指标和所述星座成本对星座构型性能进行分析。

一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行时实现如上述任意一项所述的低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法。

一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上述任意一项所述的低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法。

本发明通过分析得到星座的系统覆盖率、纬度加权的覆盖性能指标和星座成本，基于所述星座的系统覆盖率、纬度加权的覆盖性能指标和星座成本对星座构型性能进行分析，能够有效分析星座构型的性能指标，且在分析覆盖性能的基础上结合人口分布的不均匀性，建立人口加权下的各项指标评估模型，使得性能分析更加准确，考虑到星座成本问题，根据低轨大规模星座数量庞大和发射次数多的特点，对现有技术循环利用简要分析，更加符合现状。

附图说明

图1所示为本发明一实施例提供的一种低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法的流程图。

图2所示为本发明一实施例提供的一种单颗卫星对地面覆盖示意图。

图3所示为本发明一实施例提供的一种人口密度随纬度分布图。

图4所示为本发明一实施例提供的在25°观测仰角下Telesat、OneWeb和Starlink三种典型星座可见卫星数分布图。

图5所示为本发明一实施例提供的在40°观测仰角下Telesat、OneWeb和Starlink三种典型星座可见卫星数分布图。

图6所示为本发明一实施例提供的Telesat、OneWeb和Starlink三种典型星座的观测仰角分布特征图。

图7所示为本发明一实施例提供的一种低轨大规模通信卫星星座构型性能分析装置的结构示意图。

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案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例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作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：

本实施例提供一种低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法，根据低轨大规模通信卫星星座需要满足对全球无间断覆盖的特点，将星座构型的性能指标属性划分为空间覆盖和地面终端可见性，其中，空间覆盖主要包括系统覆盖率和覆盖效率等；地面终端可见性主要包括观测仰角和可见卫星数等。基于此思路，如图1所示，本发明中所述低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法包括：

步骤01:基于星座中单颗卫星覆盖的网格区域得到通信卫星星座的系统覆盖率。将星座对地覆盖区域的总面积A_cov与地球表面积A_e之比求得系统覆盖率P_cov，当比值为1是表示星座对全球无间断覆盖。

对星座覆盖性能分析时一般采用网格点法，设星座中单颗卫星覆盖的网格区域为s，则含有n颗卫星的星座覆盖的网格区域S_cov可表示为：

S_cov＝{s₁∪s₂……∪s_n} (1)

其中，s_i(i＝1,2,……n)为星座中第i颗卫星覆盖的网格区域。

系统覆盖率P_cov可表示为：

其中，Ω为地球表面网格区域。

步骤02：基于人口密度随纬度分布图得到纬度人口分布密度函数，基于所述纬度人口分布密度函数得到纬度加权的覆盖性能指标。

其中，覆盖性能指标包括系统覆盖率、观测仰角、可见卫星数和星座覆盖效率中的至少一种。观测仰角σ为卫星与地面的所在的地平线之间的夹角，与地面点的位置和卫星在其轨道的位置有关。更高的观测仰角可以减少星地之间的链路损耗，保证通信质量。星座中所有卫星对地面某点的最近卫星的观测仰角取值中，最小值为最低观测仰角σ_m，影响着星座对地面的最低传输消耗等。地面上的点在某一观测仰角下，可同时观测到不同数量的卫星，为可见卫星数N。同一观测仰角下可见卫星数量越多，星座的覆盖重数越多，更能保证用户随时可与卫星通信。当星座实现对地球表面的连续覆盖时，无法避免产生卫星之间的重叠区域，所以要尽可能使卫星对地的覆盖尽量均匀，额外的覆盖重叠区域越少，使得星座资源浪费更少。在星座的最低观测仰角一定的情况下，以所需最少卫星数作为星座的标准卫星数，再以标准卫星数同实际卫星数的比值作为覆盖效率I_utr，数值越大表示覆盖性能越好。

在目前的研究技术中，一般对星座的覆盖性能分析只考虑星座对球面的覆盖，并未考虑人口分布的影响。不同纬度的人口分布有着较大的差异，对星座的覆盖性能的要求也不同，这就使得对星座的覆盖性能分析结果会有不同。通过人口在不同纬度的分布特点，建立纬度人口分布密度函数

利用纬度人口分布密度函数

的加权，求得人口分布下的平均最低观测仰角σ_cw和地球表面平均可见卫星数N_cw，这能更精确的表示通信卫星星座的覆盖性能。利用人口分布下的平均最低观测仰角σ_cw和加权函数得到的星座总覆盖面积A_ew，可求得所需人口加权下的最少卫星数的标准卫星数n_{s_cw}，进一步求得平均最低观测仰角σ_cw相同下的覆盖效率I_utr。具体实施方式如下所述。

1、所述基于所述纬度人口分布密度函数得到纬度加权的覆盖性能指标的步骤包括：

步骤0211：基于地球表面目标位置坐标和目标卫星坐标得到所述目标位置对所述目标卫星的观测仰角。在某一时刻，卫星对地面某点覆盖如图2所示，其中S为星座中的某一颗卫星，T为地面上被卫星S覆盖的某一点。O为坐标原点。

可以通过向量的方法求得这一点对卫星的观测仰角σ的表达式为：

其中，T(x₁，y₁，z₁)地心惯性坐标系下的地球表面某一点的坐标，S(x₂，y₂，z₂)为星座中某颗卫星的坐标。

步骤0212：利用网格点法，建立不同纬度的网格点。将所有网格点根据纬度不同的方式归类，对某一纬度的网格点，取所有点的最低观测仰角的最小值为这一纬度最小观测仰角。

步骤0213：基于所述纬度人口分布密度函数和所述不同纬度下的最低观测仰角得到人口分布下的最低观测仰角。

图4表示为人口密度随纬度分布图，由此可以得到纬度人口分布密度函数

通过

得出纬度加权的覆盖性能指标。其中，人口分布下的平均最低观测仰角σ_cw的表达式为：

其中，

为地球纬度，

和

为积分的纬度值上下限，

为不同纬度下的最低观测仰角函数。

2、所述基于所述纬度人口分布密度函数得到纬度加权的覆盖性能指标的步骤包括：

步骤0221：基于地球表面目标位置坐标和目标卫星坐标得到所述目标位置对所述目标卫星的观测仰角；

步骤0222：基于所述观测仰角得到所述观测仰角下的可见卫星数；在某一时刻，卫星对地面某点覆盖如图2所示，其中S为星座中的某一颗卫星，T为地面上被卫星S覆盖的某一点。O为坐标原点。

可以通过向量的方法求得这一点对卫星的观测仰角σ的表达式为：

其中，T(x₁，y₁，z₁)地心惯性坐标系下的地球表面某一点的坐标，S(x₂，y₂，z₂)为星座中某颗卫星的坐标。

步骤0223：基于所述观测仰角下的可见卫星数得到不同纬度下的可见卫星数；可选地，可以利用STK软件仿真的方式筛选出符合观测仰角大于所要求的观测仰角的卫星，即可确定这一观测仰角下的可见卫星数N。

步骤0224：基于所述纬度人口分布密度函数和所述不同纬度下的可见卫星数得到地球表面平均可见卫星数。

图3表示为人口密度随纬度分布图，由此可以得到纬度人口分布密度函数

通过

得出纬度加权的覆盖性能指标。其中，在观测仰角一定时地球表面平均可见卫星数N_cw的表达式为：

其中，

为地球纬度，

和

为积分的纬度值上下限，

为不同纬度下的可见卫星数。

3、所述基于所述纬度人口分布密度函数得到纬度加权的覆盖性能指标的步骤包括：

步骤0231:基于所述纬度人口分布密度函数得到星座总覆盖面积，基于所述星座总覆盖面积得到星座的覆盖效率。

其中，基于所述星座总覆盖面积得到星座的覆盖效率的步骤包括：

步骤0001：基于所述人口分布下的最低观测仰角和星座相对于地面的高度得到单颗卫星对地球覆盖的球冠状面积；利用人口分布下的平均最低观测仰角σ_cw可以求得卫星对地覆盖圆的半地心角θ的表达式为：

其中，r_e为地球半径，h_s为星座相对于地面的高度，由此可得单颗卫星对地覆盖的球冠状面积表达式A_s为：

步骤0002：基于所述星座总覆盖面积和所述单颗卫星对地球覆盖的球冠状面积得到最少卫星数的标准卫星数；

利用加权函数得到的星座总覆盖面积A_ew表达式为：

所需最少卫星数的标准卫星数n_s表达式为：

步骤0003：基于所述最少卫星数的标准卫星数得到星座的覆盖效率。

定义星座的覆盖效率指标I_utr表达式为

步骤03:基于卫星成本和发射部署成本得到星座成本；星座成本模型分为发射成本和所有卫星成本，发射成本包含普通发射成本和循环发射成本，利用总发射成本和寿命每年星座所需成本。

发射总成本可表示为：

C_tolal＝C_satellites+C_launch+C_{launch(cycle)} (11)

其中，C_satellites为卫星总成本，C_launch为普通发射成本，C_{launch(cycle)}为循环发射成本。

步骤04:基于所述系统覆盖率、所述纬度加权的覆盖性能指标和所述星座成本对星座构型性能进行分析。从星座的覆盖性能和成本两方面对星座性能进行分析，并且考虑到人口分布对覆盖性能分析的影响，更加准确的评估低轨大规模通信卫星星座的构型性能。通过上述分析方法以及参数，可判定典型的低轨星座的优劣以及可行性，此评判标准也适用于更加复杂的低轨星座构型。

本发明通过分析得到星座的系统覆盖率、纬度加权的覆盖性能指标和星座成本，基于所述星座的系统覆盖率、纬度加权的覆盖性能指标和星座成本对星座构型性能进行分析，能够有效分析星座构型的性能指标，且在分析覆盖性能的基础上结合人口分布的不均匀性，建立人口加权下的各项指标评估模型，使得性能分析更加准确，考虑到星座成本问题，根据低轨大规模星座数量庞大和发射次数多的特点，对现有技术循环利用简要分析，更加符合现状。

实施例二：

本实施例通过选取Telesat、OneWeb和Starlink这三个典型星座的星座构型采用本发明中所述的低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法进行分析。由于Telesat、OneWeb和Starlink这三个典型星座构型都比较复杂，具有庞大的星座规模和不同的轨道倾角，单一的星座性能分析很难判别其中的优劣，利用发明中所述的方法对它们进行性能分析比较，分析不同指标下的星座构型性能，判定他们的优劣。

表1是星座构型分布表：

由表1可知，Telesat星座由两组不同倾角的轨道面组成，近极轨道保证全球的覆盖，倾斜轨道加强对低纬度的覆盖性能；OneWeb星座在一组近极轨道的基础上增加了两组倾斜轨道，其中采用了轨道倾角为40°的一组轨道面，增强低纬度地区的覆盖性能。Starlink星座由五组轨道平面组成，主要由三种不同倾角的轨道平面组成，与前两个星座系统不同的是，轨道高度比较低，近极轨道卫星数占比为11.8％，低于Telesat星座的占比21％和OneWeb星座的占比27.7％，使覆盖更集中于中低纬度地区。相同的是，三个星座都减少卫星在两级的分布，使更多的卫星分布在人口稠密的中低纬度地区。

假设Telesat星座、OneWeb星座和Starlink星座的各组轨道面和每个轨道面上的卫星都是均匀分布的，分别在25°地面用户观测仰角和40°地面用户观测仰角的情况下，三个星座的可见卫星数结果如图4和图5所示。

许多星座系统都将用户观测仰角25°作为保证星座通信质量的标准，由图4可知，Telesat星座和Starlink星座在25°仰角的情况下高纬度的可见卫星数比较接近，在低纬度附近Telesat星座略的数值略高些。相比于这两个星座，OneWeb星座在25°仰角的可见卫星数明显高于前两者，但是数值波动较大。三个星座的可见卫星数峰值都在处在纬度35°到55°之间，基本与稠密人口的纬度分布相吻合，提供人口稠密地区更好的覆盖性能。

在用户观测仰角为40°时，能更好的提高星座的通信质量。相比于25°观测仰角，Telesat星座和Starlink星座的可见卫星数都有减少，数值的曲线形状没有较大变化，仍然比较接近。OneWeb星座在数值减少的同时，高纬度地区的可见卫星数仍旧比较多，这可能与OneWeb星座的近极轨道卫星数占比相对较高有关。利用实施一中的公式(4)可以得到在25和40度观测仰角下的地球表面平均可见卫星数，如表2所示。

表2不同仰角下的平均可见卫星数。

星座	可见卫星数(25°仰角)	可见卫星数(40°仰角)
			Telesat	33.90	12.68
OneWeb	115.64	47.06
			Starlink	25.06	8.01

由表2可知，三个星座的平均可见卫星数都比较高，星座的覆盖性能比较好，OneWeb在25°观测仰角的情况下平均可见卫星数能过达到100颗以上。

在星座的覆盖性能分析中，可见卫星数更多体现的是星座的覆盖重数的性能特征，观测仰角则反应的通信卫星星座的通信性能指标特征。对于地球表面上的某一维度，通过实施例一中的公式(3)得到该纬度的仿真时间内这一纬度全部网格点的观测仰角，取最小值则为该纬度的最小观测仰角。通过对不同纬度的计算，可以得到最小观测仰角随纬度的分布情况如图6所示。

由图6可知，OneWeb星座的最低观测仰角分布整体比较高，数值大多数分布在70°到80°之间，这可能与该星座的轨道高度和庞大卫星数量有关。Starlink星座也拥有比较多的卫星，可能是因为Starlink星座的轨道高度较低，最低观测仰角明显低于OneWeb星座，但仍能保证数值总体在40°仰角以上，保证星座通信质量。Telesat星座的卫星数量不超过2000颗，能够保证在中低纬度的最低观测仰角在60°到70°之间，与OneWdb接近，但是在高纬度的最低观测仰角比较低，通信性能较差。

利用式(10)可以得到纬度加权下的平均最低观测仰角。并通过平均观测仰角和式(6)到(10)得到达到相同覆盖性能情况下的每个星座的覆盖效率。

表3典型星座的性能指标参数

星座	最低平均观测仰角(°)	覆盖效率
			Telesat	65.925	60.70％
OneWeb	74.400	43.38％
			Starlink	46.769	23.17％

由表3可知，Starlink星座的最低平均观测仰角在40°以上，保证较高通信质量，但是星座覆盖效率较低，存在较多的覆盖资源浪费。Telesat星座和OneWeb星座的平均观测仰角分别在60°和70°以上，并且星座覆盖效率比较高，Telesat星座的星座覆盖效率达到60％，具有较好的星座构型分布。

在成本方面，OneWeb星座单颗卫星成本可降到100万美元，采用一箭36星的发射方式，单次发射成本预计在4850万到8000万美元之间，根据发射高度，可取6000万美元。Telesat星座单颗卫星成本预计也为100万美元，假设采用一箭20星的发射方式，单次成本在5500万左右。Starlink星座的单颗卫星成本降为50万美元，首次发射成本为5580万美元，采用回收一级火箭和整流罩的方式使成本降低，经多次循环利用，预计可使平均单次发射成本降到3500万美元。低轨卫星星座的寿命为5到7年，由于Telesat星座和OneWeb星座的轨道高度较高，可设寿命较高些，所以假设三个星座的寿命分别为7年、7年和5年，对它们的成本进行分析。

表4典型星座的成本分析表

本申请提供一种适用于低轨大规模通信卫星星座的有效评估方法，从星座的覆盖性能和成本两方面对星座性能进行分析，并且考虑到人口分布对覆盖性能分析的影响，更加准确的评估低轨大规模通信卫星星座的构型性能。通过上述分析方法以及参数，可判定典型的低轨星座的优劣以及可行性，此评判标准也适用于更加复杂的低轨星座构型。

实施例三：

本实施例提供了一种低轨大规模通信卫星星座构型性能分析装置100，如图7所示，所述低轨大规模通信卫星星座构型性能分析装置100包括计算单元10和分析单元20，其中，计算单元10作用为基于星座中单颗卫星覆盖的网格区域得到通信卫星星座的系统覆盖率；基于人口密度随纬度分布图得到纬度人口分布密度函数，基于所述纬度人口分布密度函数得到纬度加权的覆盖性能指标；基于卫星成本和发射部署成本得到星座成本；分析单元20，作用为基于所述系统覆盖率、所述纬度加权的覆盖性能指标和所述星座成本对星座构型性能进行分析。

计算单元10基于星座中单颗卫星覆盖的网格区域得到通信卫星星座的系统覆盖率；计算单元10基于人口密度随纬度分布图得到纬度人口分布密度函数，然后基于所述纬度人口分布密度函数得到纬度加权的覆盖性能指标；计算单元10基于卫星成本和发射部署成本得到星座成本；当计算单元10计算得到通信卫星星座的系统覆盖率、纬度加权的覆盖性能指标和星座成本后发送给分析单元20，分析单元20所述系统覆盖率、所述纬度加权的覆盖性能指标和所述星座成本对星座构型性能进行分析。

实施例四：

本实施例提供了一种电子设备，该电子设备可以包括存储器和处理器，所述存储器上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如实施例一种所述的低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法。可以理解，电子设备还可以包括，输入/输出(I/O)接口，以及通信组件。

其中，处理器用于执行如实施例一中的低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法。中的全部或部分步骤。存储器用于存储各种类型的数据，这些数据例如可以包括电子设备中的任何应用程序或方法的指令，以及应用程序相关的数据。

所述处理器可以是专用集成电路(Application Specific Integrated Cricuit，简称ASIC)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、可编程逻辑器件(Programmable Logic Device，简称PLD)、现场可编程门阵列(Field Programmable GateArray，简称FPGA)、控制器、微控制器、微处理器或其他电子元件实现，用于执行上述实施例一中的低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法。

所述存储器可以由任何类型的易失性或非易失性存储设备或者它们的组合实现，例如静态随机存取存储器(Static Random Access Memery，简称SRAM)，电可擦除可编程只读存储器(Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EEPROM),可擦除可编程只读存储器(Erasable Programmable Read-Only Memory，简称EPROM),可编程只读存储器(Programmable Read-Only Memory，简称PROM),只读存储器(Read-Only Memory，简称ROM)，磁存储器，快闪存储器，磁盘或光盘。

实施例五：

本实施例提供一种计算机可读存储介质。在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。

基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。

而前述的存储介质包括：闪存、硬盘、多媒体卡、卡型存储器(例如，SD或DX存储器等)、随机访问存储器(RAM)、静态随机访问存储器(SRAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、可编程只读存储器(PROM)、磁性存储器、磁盘、光盘、服务器、APP应用商城等等各种可以存储程序校验码的介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时可以实现如下方法步骤：

步骤S01：基于星座中单颗卫星覆盖的网格区域得到通信卫星星座的系统覆盖率；

步骤S02：基于人口密度随纬度分布图得到纬度人口分布密度函数，基于所述纬度人口分布密度函数得到纬度加权的覆盖性能指标；

步骤S03：基于卫星成本和发射部署成本得到星座成本；

步骤S04：基于所述系统覆盖率、所述纬度加权的覆盖性能指标和所述星座成本对星座构型性能进行分析。

具体的实施方式和产生的效果可以参考实施例一中所述，本发明在此不再赘述。

本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统、装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，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，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

以上结合具体实施例描述了本申请的基本原理，但是，需要指出的是，在本申请中提及的优点、优势、效果等仅是示例而非限制，不能认为这些优点、优势、效果等是本申请的各个实施例必须具备的。另外，上述公开的具体细节仅是为了示例的作用和便于理解的作用，而非限制，上述细节并不限制本申请为必须采用上述具体的细节来实现。

本申请中涉及的器件、装置、设备、系统的方框图仅作为例示性的例子并且不意图要求或暗示必须按照方框图示出的方式进行连接、布置、配置。如本领域技术人员将认识到的，可以按任意方式连接、布置、配置这些器件、装置、设备、系统。

还需要指出的是，在本申请的装置、设备和方法中，各部件或各步骤是可以分解和/或重新组合的。这些分解和/或重新组合应视为本申请的等效方案。

提供所公开的方面的以上描述以使本领域的任何技术人员能够做出或者使用本申请。对这些方面的各种修改对于本领域技术人员而言是非常显而易见的，并且在此定义的一般原理可以应用于其他方面而不脱离本申请的范围。因此，本申请不意图被限制到在此示出的方面，而是按照与在此公开的原理和新颖的特征一致的最宽范围。

本申请的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。本申请实施例中所有方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后、顶、底……)仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

另外，在本文中提及“实施例”意味着，结合实施例描述的特定特征、结构或特性可以包含在本申请的至少一个实施例中。在说明书中的各个位置出现该短语并不一定均是指相同的实施例，也不是与其它实施例互斥的独立的或备选的实施例。本领域技术人员显式地和隐式地理解的是，本文所描述的实施例可以与其它实施例相结合。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法，其特征在于，包括：

基于星座中单颗卫星覆盖的网格区域得到通信卫星星座的系统覆盖率；

基于人口密度随纬度分布图得到纬度人口分布密度函数，基于所述纬度人口分布密度函数得到纬度加权的覆盖性能指标；

基于卫星成本和发射部署成本得到星座成本；

基于所述系统覆盖率、所述纬度加权的覆盖性能指标和所述星座成本对星座构型性能进行分析。

2.根据权利要求1中所述的低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法，其特征在于，所述覆盖性能指标包括系统覆盖率、观测仰角、可见卫星数和星座覆盖效率中的至少一种。

3.根据权利要求1中所述的低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法，其特征在于，所述基于所述纬度人口分布密度函数得到纬度加权的覆盖性能指标的步骤包括：

基于地球表面目标位置坐标和目标卫星坐标得到所述目标位置对所述目标卫星的观测仰角；

基于所述观测仰角得到不同纬度下的最低观测仰角；

基于所述纬度人口分布密度函数和所述不同纬度下的最低观测仰角得到人口分布下的最低观测仰角。

4.根据权利要求1中所述的低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法，其特征在于，所述基于所述纬度人口分布密度函数得到纬度加权的覆盖性能指标的步骤包括：

基于地球表面目标位置坐标和目标卫星坐标得到所述目标位置对所述目标卫星的观测仰角；

基于所述观测仰角得到所述观测仰角下的可见卫星数；

基于所述观测仰角下的可见卫星数得到不同纬度下的可见卫星数；

基于所述纬度人口分布密度函数和所述不同纬度下的可见卫星数得到地球表面平均可见卫星数。

5.根据权利要求1中所述的低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法，其特征在于，所述基于所述纬度人口分布密度函数得到纬度加权的覆盖性能指标的步骤包括：基于所述纬度人口分布密度函数得到星座总覆盖面积，基于所述星座总覆盖面积得到星座的覆盖效率。

6.根据权利要5中所述的低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法，其特征在于，基于所述星座总覆盖面积得到星座的覆盖效率的步骤包括：

基于所述人口分布下的最低观测仰角和星座相对于地面的高度得到单颗卫星对地球覆盖的球冠状面积；

基于所述星座总覆盖面积和所述单颗卫星对地球覆盖的球冠状面积得到最少卫星数的标准卫星数；

基于所述最少卫星数的标准卫星数得到星座的覆盖效率。

7.根据权利要1中所述的低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法，其特征在于，所述发射成本包括普通发射成本和循环成本。

8.一种低轨大规模通信卫星星座构型性能分析装置，其特征在于，包括：

计算单元，作用为基于星座中单颗卫星覆盖的网格区域得到通信卫星星座的系统覆盖率；基于人口密度随纬度分布图得到纬度人口分布密度函数，基于所述纬度人口分布密度函数得到纬度加权的覆盖性能指标；基于卫星成本和发射部署成本得到星座成本；

分析单元，作用为基于所述系统覆盖率、所述纬度加权的覆盖性能指标和所述星座成本对星座构型性能进行分析。

9.一种电子设备，其特征在于，包括存储器和处理器，所述存储器用于存储一条或多条计算机指令，其中，所述一条或多条计算机指令被所述处理器执行时实现如上述权利要求1-7中任意一项所述的低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法。

10.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质中存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上述权利要求1-7中任意一项所述的低轨大规模通信卫星星座构型性能分析方法。

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