CN113632090A - 全球碳盘点卫星的轨道设计系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种全球碳盘点卫星的轨道设计系统，包括：北半球长驻留单元，被配置为使全球碳盘点卫星运行在中轨椭圆轨道上，且使全球碳盘点卫星运行至远地点时，位于人类活动密集区域的纬度的上空。
Description
技术领域
本发明涉及碳排放技术领域，特别涉及一种全球碳盘点卫星的轨道设计系统。
背景技术
碳排放定量化监测与评估是实现温室气体减排的重要基础。大气二氧化碳浓度变化可以反应人为碳排放和碳吸收双重信息。世界各国竞相发展天基温室气体监测体系，以满足全球碳盘点校核这一重大需求。现在对人为碳排放监测提出了更高的要求，需要对全球人类活动密集区域进行高时效的碳监测。
目前，碳监测卫星主要采用低轨太阳同步轨道，此类卫星虽然可实现全球覆盖，但轨位较低、幅宽受限，目标重访周期长，全球覆盖较为均匀，无法对重点人类活动密集区域加密观测，无法实现全球碳盘点所要求的对人类活动密集区域的高精度高时效监测。此外，高轨碳监测卫星采用地球同步静止轨道，定点在某区域上空，但单颗星无法实现全球覆盖，不具备全球覆盖能力，仅能以定点位置为中心，经度、纬度跨度±50°范围内进行观测。
发明内容
本发明的目的在于提供一种全球碳盘点卫星的轨道设计系统，以解决现有的单颗碳监测卫星轨道设计难以实现全球碳盘点的高精度高时效监测的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供一种全球碳盘点卫星的轨道设计系统，包括：
北半球长驻留单元，被配置为使全球碳盘点卫星运行在中轨椭圆轨道上，且使全球碳盘点卫星运行至远地点时，位于人类活动密集区域的纬度的上空。
可选的，在所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统中，还包括：
冻结轨道单元，被配置为设置特殊轨道倾角，使得全球碳盘点卫星还运行在冻结轨道上，所述冻结轨道的远地点冻结在人类活动密集区域的纬度的上空；
太阳同步轨道单元，被配置为设置同步参数，使全球碳盘点卫星还运行在太阳同步轨道上，以使全球碳盘点卫星运行至远地点时，始终处于光照区；
回归轨道单元，被配置为使全球碳盘点卫星还运行在回归轨道上，获得与前一个回归周期一致的观测条件。
可选的，在所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统中，所述人类活动密集区域的纬度为北纬20°～北纬45°之间；
所述同步参数包括轨道倾角、轨道半长轴和轨道偏心率；
所述观测条件包括观测点的卫星仰角和太阳高度角；
全球碳盘点卫星的轨道参数包括：
近地点轨道高度的范围为350km～1000km，远地点轨道高度的范围为6800km～8300km，近地点幅角的范围为215°～235°，轨道周期为3h。
可选的，在所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统中，根据临界倾角的大小，将中轨椭圆轨道划分为顺行椭圆冻结轨道和逆行椭圆冻结轨道，顺行椭圆冻结轨道的轨道倾角为63.4°，逆行椭圆冻结轨道的轨道倾角为116.565°；
根据太阳同步轨道升交点每天东进约0.9856°的要求，选取全球碳盘点卫星的轨道倾角为116.565°。
可选的，在所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统中，根据太阳同步轨道升交点的值，轨道倾角的值、第一函数和第二函数，获取近地点轨道高度和远地点轨道高度的关系；
第一函数表示轨道半长轴与近地点轨道高度和远地点轨道高度的关系；
第二函数表示轨道偏心率与近地点轨道高度和远地点轨道高度的关系。
可选的，在所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统中，轨道面的进动角速率为
其中Re为地球半径，a为轨道半长轴，e为轨道偏心率，i为轨道倾角；
太阳同步轨道升交点的值满足如下条件：
其中轨道倾角为116.565°；
第一函数为a＝(hp+ha)/2+RE；
第二函数为
其中hp为近地点轨道高度，ha为远地点轨道高度，RE为地球半径；
将轨道倾角、第一函数和第二函数代入，得到近地点轨道高度hp和远地点轨道高度ha的组合方程；
根据组合方程得到轨道高度关系曲线。
可选的，在所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统中，所述回归轨道在经过一个回归周期后，星下点轨迹与前一个回归周期的星下点轨迹重叠：
D*·2π＝N·Δλ
其中N为一个回归周期内卫星绕地飞行的轨数，D*为回归周期内的升交日数，Δλ为横移角；
同步调整近地点轨道高度和远地点轨道高度，在保证太阳同步轨道约束的同时，对轨道周期、轨道进动、地球自转速度进行匹配设计，得到回归轨道；
基于Q值选取轨道高度关系曲线上的点，在近地点轨道高度350km～1000km，远地点轨道高度6800km～8300km，轨道倾角116.565°的中轨椭圆轨道的范围内迭代计算回归轨道的参数。
可选的，在所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统中，通过调整近地点幅角，将全球碳盘点卫星的远地点设置于北半球特定纬度上空，使得全球碳盘点卫星在北半球人类活动较为密集区域的过境时间更长，以对北半球更长时间的观测；
根据近地点幅角与远地点纬度成正比关系，确定近地点幅角，选取北纬35°为远地点位置，选取全球碳盘点卫星的近地点幅角为220°。
可选的，在所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统中，根据全球碳盘点卫星的工作特点，全球碳盘点卫星载荷的工作弧段在北半球远地点，因此，光照区卫星飞行方向为升轨，以实现：
卫星在地球阴影区无太阳光照，消耗蓄电池电量，进入光照区后卫星处于南半球，进行观测任务的同时太阳帆板充电，为北半球长时间观测准备；
卫星进入光照区后，外热流达到温度平衡，卫星在北半球集中观测之前达到稳定的热平衡状态，以提升红外通道的数据质量。
可选的，在所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统中，
卫星处于不同纬度时，星下点地方时发生变化，对应的太阳仰角相应变化；
当降交点地方时0点时，绘制不同纬度的星下点地方时曲线，其中横轴为纬度，南纬为负，北纬为正，从左到右即为一次升轨过程，纵轴为星下点地方时；
卫星处于南纬时，地方时为下午，过赤道时地方时为中午12点，到北半球观测时，地方时为上午，其中典型轨道在远地点北纬35°附近的地方时约为上午10：45；
实际根据需要平移升交点赤经，则地方时相应平移，调整方法为：升交点赤经每增加15°，对应的星下点地方时增加一个小时。
在本发明提供的全球碳盘点卫星的轨道设计系统中，全球碳盘点卫星运行在中轨椭圆轨道上，全球碳盘点卫星运行至远地点时位于人类活动密集区域的纬度的上空，由于远地点高度较高，且在远地点附近飞行速度较慢，因此全球碳盘点卫星能够实现对北纬人类活动密集区域(包括亚洲、北美、欧洲)进行长时间驻留观测。
本发明中的全球碳盘点卫星的远地点冻结在人类活动密集区域的纬度的上空，能够保证对北半球观测时长的最大化；在远地点时始终处于光照区，从而保证了观测的光照条件相对一致，有利于实现高精度的二氧化碳柱浓度反演。
本发明通过耦合设计，同步调整轨道近地点、远地点高度，在保证轨道的太阳同步特性的同时，对轨道周期、轨道进动、地球自转速度等进行匹配设计，寻找回归轨道。轨道的回归特性能够保证地面轨迹的周期重复性，从而获得一致的观测条件，如观测点的卫星仰角、太阳高度角等，有利于简化卫星工作模式的设计。
本发明中的全球碳盘点卫星运行在中轨椭圆冻结太阳同步回归轨道上，可实现全球覆盖，轨位较高，幅宽较大，目标重访周期短；能够在过境期间对重点人类活动密集区域实现高时频扫描加密观测。
附图说明
图1是本发明一实施例中的全球碳盘点卫星的运行轨道示意图；
图2是本发明一实施例中的全球碳盘点卫星的椭圆冻结太阳同步轨道近地点与远地点对应关系示意图；
图3是本发明一实施例中的全球碳盘点卫星的椭圆冻结太阳同步回归轨道星下点轨迹示意图；
图4是本发明一实施例中的全球碳盘点卫星的近地点幅角与远地点纬度对应关系示意图；
图5是本发明一实施例中的全球碳盘点卫星的不同纬度星下点地方时差异示意图。
具体实施方式
在本发明中，各实施例仅仅旨在说明本发明的方案，而不应被理解为限制性的。
在此还应当指出，在本发明的范围内，“相同”、“相等”、“等于”等措辞并不意味着二者数值绝对相等，而是允许一定的合理误差，也就是说，所述措辞也涵盖了“基本上相同”、“基本上相等”、“基本上等于”。
另外，本发明的各方法的步骤的编号并未限定所述方法步骤的执行顺序。除非特别指出，各方法步骤可以以不同顺序执行。
以下结合附图和具体实施例对本发明提出的全球碳盘点卫星的轨道设计系统作进一步详细说明。根据下面说明和权利要求书，本发明的优点和特征将更清楚。需说明的是，附图均采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施例的目的。
本发明的目的在于提供一种全球碳盘点卫星的轨道设计系统，以解决现有的碳监测卫星无法实现全球碳盘点的高精度高时效监测。
为实现上述目的，本发明提供了一种全球碳盘点卫星的轨道设计系统，包括：北半球长驻留单元，被配置为使全球碳盘点卫星运行在中轨椭圆轨道上，且使全球碳盘点卫星运行至远地点时，位于人类活动密集区域的纬度的上空；冻结轨道单元，被配置为设置特殊轨道倾角，使得全球碳盘点卫星还运行在冻结轨道上，所述冻结轨道的远地点冻结在人类活动密集区域的纬度的上空；太阳同步轨道单元，被配置为设置同步参数，使全球碳盘点卫星还运行在太阳同步轨道上，以使全球碳盘点卫星运行至远地点时，始终处于光照区。
本发明的实施例提供一种全球碳盘点卫星的轨道设计系统，包括：北半球长驻留单元，被配置为使全球碳盘点卫星运行在中轨椭圆轨道上，且使全球碳盘点卫星运行至远地点时，位于人类活动密集区域的纬度的上空。普通低轨太阳同步轨道一般采用圆轨道，轨道高度在500km～1000km，其飞行速度为7.3km/s～7.6km/s，对应的星下点地速为6.4km/s～7.1km/s，由于飞行高度低且速度较快，对地面特定区域的过境时间较短，无法进行大范围扫描监测。而本实施例中的全球碳盘点卫星运行在中轨椭圆轨道上，其远地点高度较高，且在远地点附近飞行速度较慢，通过将远地点设置在特定纬度(如北纬30°)上空，能够实现对北纬人类活动密集区域(包括亚洲、北美、欧洲)进行长时间驻留观测。
在本发明的一个实施例中，在所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统中，还包括：冻结轨道单元，被配置为设置特殊轨道倾角，使得全球碳盘点卫星还运行在冻结轨道上，所述冻结轨道的远地点冻结在人类活动密集区域的纬度的上空；一般椭圆轨道的近地点幅角会随时间变化，即发生进动，导致近地点及远地点所处纬度不断变化，无法保证对陆地及人口较为集中的北半球区域的长时间驻留观测，本发明所提出的碳盘点轨道采用特殊倾角设计，使得远地点冻结在北半球上空，能够保证对北半球观测时长的最大化。
在本发明的一个实施例中，在所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统中，还包括：太阳同步轨道单元，被配置为设置同步参数，使全球碳盘点卫星还运行在太阳同步轨道上，以使全球碳盘点卫星运行至远地点时，始终处于光照区；通过对轨道倾角、轨道半长轴、偏心率进行联合设计，使得轨道面升交点赤经(RAAN)的进动速率为每天向东进动约0.98°，实现对太阳的同步“跟踪”。该轨道能够保证远地点一直处于光照区，且不同轨次所过境区域的地方时保持一致(注意一轨内的星下点地方时会有较小的变化)，从而保证了观测的光照条件相对一致，有利于实现高精度的二氧化碳柱浓度反演。
在本发明的一个实施例中，在所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统中，还包括：回归轨道单元，被配置为使全球碳盘点卫星还运行在回归轨道上，获得与前一个回归周期一致的观测条件。通过耦合设计，同步调整轨道近地点、远地点高度，在保证轨道的太阳同步特性的同时，对轨道周期、轨道进动、地球自转速度等进行匹配设计，寻找回归轨道。轨道的回归特性能够保证地面轨迹的周期重复性，从而获得一致的观测条件，如观测点的卫星仰角、太阳高度角等，有利于简化卫星工作模式的设计。
在本发明的一个实施例中，在所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统中，所述人类活动密集区域的纬度为北纬20°～北纬45°之间；所述同步参数包括轨道倾角、轨道半长轴和轨道偏心率；所述观测条件包括观测点的卫星仰角和太阳高度角；全球碳盘点卫星的轨道参数包括：近地点轨道高度的范围为350km～1000km，远地点轨道高度的范围为6800km～8300km，近地点幅角的范围为215°～235°，轨道周期为3h。
在本发明的一个实施例中，在所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统中，椭圆冻结轨道倾角选取如下：受地球扁率影响，椭圆轨道的拱点会随时间发生进动，已知轨道倾角满足特定的条件时，可使得拱点进动率为0，即实现轨道拱点“冻结”，这样的轨道称为冻结轨道，对应的倾角为临界倾角。根据临界倾角的大小，将中轨椭圆轨道划分为顺行椭圆冻结轨道和逆行椭圆冻结轨道，顺行椭圆冻结轨道的轨道倾角为63.4°，逆行椭圆冻结轨道的轨道倾角为116.565°；考虑升交点的进动情况，顺行轨道升交点每天向西进动一定角度，逆行轨道升交点每天向东进动一定角度，而太阳同步要求升交点每天东进约0.9856°，因此根据太阳同步轨道升交点的要求，确定全球碳盘点卫星的轨道倾角为116.565°。
在本发明的一个实施例中，在所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统中，根据太阳同步轨道升交点的值，轨道倾角的值、第一函数和第二函数，获取近地点轨道高度和远地点轨道高度的关系；第一函数表示轨道半长轴与近地点轨道高度和远地点轨道高度的关系；第二函数表示轨道偏心率与近地点轨道高度和远地点轨道高度的关系。
在本发明的一个实施例中，在所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统中，椭圆轨道的冻结特性约束了轨道倾角，在特定的轨道倾角条件下，需要对轨道半长轴和轨道偏心率进行联合设计。由于地球非球形引力摄动的影响，卫星轨道面在惯性空间不断进动，仅考虑带谐项J2项的长期摄动，轨道面的进动角速率为
其中Re为地球半径，a为轨道半长轴，e为轨道偏心率，i为轨道倾角；
太阳同步轨道升交点的值满足如下条件：
其中轨道倾角为116.565°；
第一函数为a＝(hp+ha)/2+RE；
第二函数为
其中hp为近地点轨道高度，ha为远地点轨道高度，RE为地球半径；
将轨道倾角、第一函数和第二函数代入，得到近地点轨道高度hp和远地点轨道高度ha的组合方程；根据组合方程得到轨道高度关系曲线，如图2所示。通过遍历近地点hp的高度范围350km～1000km，分别可得对应的远地点轨道高度，二者的关系如图2所示。此即为椭圆冻结太阳同步轨道的设计依据，可见近地点高度越高，远地点高度越低。
回归轨道设计在对地遥感卫星中较为常见，该轨道的卫星星下点轨迹周期性重叠，能够保证过境期间的卫星仰角条件一致，配合轨道的太阳同步特性，能够实现较为一致的观测光照角，可以简化卫星工作模式的设计。在本发明的一个实施例中，在所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统中，星下点轨迹是卫星飞行、轨道面进动、地球自转这三者运动的合成，对于回归轨道，所述回归轨道在经过一个回归周期后，星下点轨迹与前一个回归周期的星下点轨迹重叠：
D*·2π＝N·Δλ
其中N为一个回归周期内卫星绕地飞行的轨数，D*为回归周期内的升交日数，Δλ为连续相邻轨迹在赤道上的经度间隔，即横移角；同步调整近地点轨道高度和远地点轨道高度，在保证太阳同步轨道约束的同时，对轨道周期、轨道进动、地球自转速度进行匹配设计，得到回归轨道；
基于Q值选取轨道高度关系曲线上的点，在近地点轨道高度350km～1000km，远地点轨道高度6800km～8300km，轨道倾角116.565°的中轨椭圆轨道的范围内迭代计算回归轨道的参数。经分析，该范围内满足椭圆+冻结+太阳同步+回归特性的轨道共计14组，如表1所示。
表1椭圆冻结太阳同步回归轨道设计
选取表中第8组轨道为典型碳盘点轨道，回归周期5天，其5天以上的星下点轨迹如图3所示。
在本发明的一个实施例中，在所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统中，近地点幅角的调整不会影响轨道周期与轨道面进动速率，因而对轨道的太阳同步特性和回归特性不会产生影响。通过调整近地点幅角，将全球碳盘点卫星的远地点设置于北半球特定纬度上空，使得全球碳盘点卫星在北半球人类活动较为密集区域的过境时间更长，以对北半球更长时间的观测；以近地点高度818.15km，远地点高度7199.32的5天回归椭圆冻结太阳同步轨道为例，不同的近地点幅角对应的远地点纬度如图4所示。由图4可见，近地点幅角越大，对应的远地点纬度越高。综合考虑中国、美国、欧洲、日本、印度等重点国家的纬度分布，选取北纬35°为远地点位置，可实现对这些重点国家较长时间的驻留观测。因此，选取全球碳盘点卫星的近地点幅角为220°。
在本发明的一个实施例中，在所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统中，根据全球碳盘点卫星的工作特点，全球碳盘点卫星载荷的工作弧段在北半球远地点，因此，光照区卫星飞行方向为升轨(自南向北飞行)，以实现：
卫星在地球阴影区无太阳光照，消耗蓄电池电量，进入光照区后卫星处于南半球，观测任务较少，进行观测任务的同时太阳帆板充电，为北半球长时间观测准备；
卫星进入光照区后，外热流发生变化，需要一段时间达到温度平衡，光照区升轨可以保证卫星在北半球集中观测之前达到稳定的热平衡状态，以提升红外通道的数据质量。
可选的，在所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统中，
卫星处于不同纬度时，星下点地方时发生变化，对应的太阳仰角相应变化；
当降交点地方时0点时，绘制不同纬度的星下点地方时曲线如图5所示，其中横轴为纬度，南纬为负，北纬为正，从左到右即为一次升轨过程，纵轴为星下点地方时(24h制)；
卫星处于南纬时，地方时为下午，过赤道时地方时为中午12点，到北半球观测时，地方时为上午，其中典型轨道在远地点北纬35°附近的地方时约为上午10：45；
实际根据需要平移升交点赤经，则地方时相应平移，调整方法为：升交点赤经每增加15°，对应的星下点地方时增加一个小时。
经过上述设计步骤，得到一组适用于全球碳盘点的卫星轨道设计结果，其轨道参数及轨道特性如表2所示。
表2适用于碳盘点的卫星轨道设计
| 序号 | 轨道参数&特性 | 值 |
| 1. | 近地点高度(km) | 818.15 |
| 2. | 远地点高度(km) | 7199.32 |
| 3. | 偏心率 | 0.307175 |
| 4. | 轨道倾角(°) | 116.565 |
| 5. | 近地点幅角(°) | 220 |
| 6. | 降交点地方时 | 凌晨00：00 |
| 7. | 远地点所处纬度 | 北纬35° |
| 8. | 远地点星下点地方时 | 上午10：45 |
| 9. | 轨道周期(h) | 2.92641 |
| 10. | 回归周期(天) | 5 |
分析轨道的重访与覆盖能力，与低轨太阳同步轨道卫星和地球同步静止轨道卫星进行比较，本发明提供的全球碳盘点卫星的轨道设计系统，全球碳盘点卫星运行在中轨椭圆轨道上，全球碳盘点卫星运行至远地点时位于人类活动密集区域的纬度的上空，由于远地点高度较高，且在远地点附近飞行速度较慢，因此全球碳盘点卫星能够实现对北纬人类活动密集区域(包括亚洲、北美、欧洲)进行长时间驻留观测。
本发明中的全球碳盘点卫星的远地点冻结在人类活动密集区域的纬度的上空，能够保证对北半球观测时长的最大化；在远地点时始终处于光照区，从而保证了观测的光照条件相对一致，有利于实现高精度的二氧化碳柱浓度反演。
本发明通过耦合设计，同步调整轨道近地点、远地点高度，在保证轨道的太阳同步特性的同时，对轨道周期、轨道进动、地球自转速度等进行匹配设计，寻找回归轨道。轨道的回归特性能够保证地面轨迹的周期重复性，从而获得一致的观测条件，如观测点的卫星仰角、太阳高度角等，有利于简化卫星工作模式的设计。
本发明中的全球碳盘点卫星运行在中轨椭圆冻结太阳同步回归轨道上，可实现全球覆盖，轨位较高，幅宽较大，目标重访周期短；能够在过境期间对重点人类活动密集区域实现高时频扫描加密观测。
虽然本发明的一些实施方式已经在本申请文件中予以了描述，但是本领域技术人员能够理解，这些实施方式仅是作为示例示出的。本领域技术人员在本发明的教导下可以想到众多的变型方案、替代方案和改进方案而不超出本发明的范围。所附权利要求书旨在限定本发明的范围，并藉此涵盖这些权利要求本身及其等同电能变换的范围内的方法和结构。
Claims (10)
1.一种全球碳盘点卫星的轨道设计系统，其特征在于，包括：
北半球长驻留单元，被配置为使全球碳盘点卫星运行在中轨椭圆轨道上，且使全球碳盘点卫星运行至远地点时，位于人类活动密集区域的纬度的上空。
2.如权利要求1所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统，其特征在于，还包括：
冻结轨道单元，被配置为设置特殊轨道倾角，使得全球碳盘点卫星还运行在冻结轨道上，所述冻结轨道的远地点冻结在人类活动密集区域的纬度的上空；
太阳同步轨道单元，被配置为设置同步参数，使全球碳盘点卫星还运行在太阳同步轨道上，以使全球碳盘点卫星运行至远地点时，始终处于光照区；
回归轨道单元，被配置为使全球碳盘点卫星还运行在回归轨道上，获得与前一个回归周期一致的观测条件。
3.如权利要求2所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统，其特征在于，所述人类活动密集区域的纬度为北纬20°～北纬45°之间；
所述同步参数包括轨道倾角、轨道半长轴和轨道偏心率；
所述观测条件包括观测点的卫星仰角和太阳高度角；
全球碳盘点卫星的轨道参数包括：
近地点轨道高度的范围为350km～1000km，远地点轨道高度的范围为6800km～8300km，近地点幅角的范围为215°～235°。
4.如权利要求3所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统，其特征在于，根据临界倾角的大小，将中轨椭圆轨道划分为顺行椭圆冻结轨道和逆行椭圆冻结轨道，顺行椭圆冻结轨道的轨道倾角为63.4°，逆行椭圆冻结轨道的轨道倾角为116.565°；
根据太阳同步轨道升交点每天东进约0.9856°的要求，选取全球碳盘点卫星的轨道倾角为116.565°。
5.如权利要求4所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统，其特征在于，根据太阳同步轨道升交点的值，轨道倾角的值、第一函数和第二函数，获取近地点轨道高度和远地点轨道高度的关系；
第一函数表示轨道半长轴与近地点轨道高度和远地点轨道高度的关系；
第二函数表示轨道偏心率与近地点轨道高度和远地点轨道高度的关系。
6.如权利要求5所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统，其特征在于，轨道面的进动角速率为
其中Re为地球半径，a为轨道半长轴，e为轨道偏心率，i为轨道倾角；
太阳同步轨道升交点的值满足如下条件：
其中轨道倾角为116.565°；
第一函数为a＝(hp+ha)/2+RE；
第二函数为
其中hp为近地点轨道高度，ha为远地点轨道高度，RE为地球半径；
将轨道倾角、第一函数和第二函数代入，得到近地点轨道高度hp和远地点轨道高度ha的组合方程；
根据组合方程得到轨道高度关系曲线。
7.如权利要求6所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统，其特征在于，所述回归轨道在经过一个回归周期后，星下点轨迹与前一个回归周期的星下点轨迹重叠：
D*·2π＝N·Δλ
其中N为一个回归周期内卫星绕地飞行的轨数，D*为回归周期内的升交日数，Δλ为横移角；
同步调整近地点轨道高度和远地点轨道高度，在保证太阳同步轨道约束的同时，对轨道周期、轨道进动、地球自转速度进行匹配设计，得到回归轨道；
基于Q值选取轨道高度关系曲线上的点，在近地点轨道高度350km～1000km，远地点轨道高度6800km～8300km，轨道倾角116.565°的中轨椭圆轨道的范围内迭代计算回归轨道的参数。
8.如权利要求7所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统，其特征在于，
通过调整近地点幅角，将全球碳盘点卫星的远地点设置于北半球特定纬度上空，使得全球碳盘点卫星在北半球人类活动较为密集区域的过境时间更长，以对北半球更长时间的观测；
根据近地点幅角与远地点纬度成正比关系，确定近地点幅角，选取北纬35°为远地点位置，选取全球碳盘点卫星的近地点幅角为220°。
9.如权利要求8所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统，其特征在于，
根据全球碳盘点卫星的工作特点，全球碳盘点卫星载荷的工作弧段在北半球远地点，因此，光照区卫星飞行方向为升轨，以实现：
卫星在地球阴影区无太阳光照，消耗蓄电池电量，进入光照区后卫星处于南半球，进行观测任务的同时太阳帆板充电，为北半球长时间观测准备；
卫星进入光照区后，外热流达到温度平衡，卫星在北半球集中观测之前达到稳定的热平衡状态，以提升红外通道的数据质量。
10.如权利要求5所述的全球碳盘点卫星的轨道设计系统，其特征在于，
卫星处于不同纬度时，星下点地方时发生变化，对应的太阳仰角相应变化；
当降交点地方时0点时，绘制不同纬度的星下点地方时曲线，其中横轴为纬度，南纬为负，北纬为正，从左到右即为一次升轨过程，纵轴为星下点地方时；
卫星处于南纬时，地方时为下午，过赤道时地方时为中午12点，到北半球观测时，地方时为上午，其中典型轨道在远地点北纬35°附近的地方时约为上午10：45；
实际根据需要平移升交点赤经，则地方时相应平移，调整方法为：升交点赤经每增加15°，对应的星下点地方时增加一个小时。
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