CN115795927B

CN115795927B - 基于多目标观测的卫星轨道设计方法、装置、设备及介质

Info

Publication number: CN115795927B
Application number: CN202310092355.7A
Authority: CN
Inventors: 田启明; 杨昱锟; 李怀瑞
Original assignee: Beijing Yingshi Ruida Technology Co ltd
Current assignee: Beijing Yingshi Ruida Technology Co ltd
Priority date: 2023-02-10
Filing date: 2023-02-10
Publication date: 2023-04-18
Anticipated expiration: 2043-02-10
Also published as: CN115795927A

Abstract

本发明涉及卫星轨道设计技术领域，具体而言涉及一种基于多目标观测的卫星轨道设计方法、装置、设备及介质。本发明提供的技术方案，通过对目标的信息进行分析，以期提高最终结果对于重要目标的观测能力，通过对各可重访卫星轨道高度各自对应轨道上的升交点经度的调整，例如通过观测覆盖率评价指数和平均观测机会次数等因素的计算进行综合评价，以使得最终选取的卫星轨道高度和升交点经度对应的卫星观测有更大的机会覆盖到数量众多目标点源以及提高对于重要目标的关注度。

Description

基于多目标观测的卫星轨道设计方法、装置、设备及介质

技术领域

本发明涉及卫星轨道设计技术领域，具体而言涉及一种基于多目标观测的卫星轨道设计方法、装置、设备及介质。

背景技术

卫星遥感监测是二氧化碳监测的重要组成部分。该方法可针对地面站点覆盖面积小的问题进行必要补充监测。目前国内外已经开展卫星碳监测的相关研究，未来会有更多碳卫星进行监测，碳卫星轨道设计至关重要。

现有碳监测卫星以环境二氧化碳浓度监测为主，较少针对特定地面单一或多个点源目标设计卫星轨道。同时由于大多数碳卫星监测数据稀疏，空间上难以对点源及其排放烟羽形成完整覆盖，限制碳卫星的应用空间。因此通过轨道设计调整，使碳卫星从点源附近过境，增加有效观测机率对碳卫星实际应用具有重要意义。

发明内容

基于上述现有技术中的不足，本发明提供一种基于多目标观测的卫星轨道设计方法以提高卫星对于目标的观测机会并且进一步提高对于重要目标的观测机会，包括以下步骤：

获取目标的碳源信息，根据所述碳源信息获取所述目标的重要性系数；

获取可重访卫星轨道高度数据集；其中，所述可重访卫星轨道高度数据集包括多个可重访卫星轨道高度；

获取实际升交点经度数据集；其中，所述实际升交点经度数据集包括多个实际升交点经度；

根据所述重要性系数，计算预设卫星轨道对于所述目标的观测覆盖率评价指数；所述预设卫星轨道与可重访卫星轨道高度和实际升交点经度各自的取值相关；

根据所述可重访卫星轨道高度，计算所述预设卫星轨道对于所述目标的平均观测机会次数；

根据所述观测覆盖率评价指数和所述平均观测机会次数及各自的权重进行综合评价；

重复所述综合评价，遍历至少部分所述预设卫星轨道，根据所述综合评价确定最优卫星轨道高度和最优升交点经度。

在一些实施例中，所述碳源信息包括每一所述目标的位置信息和碳排放特征；

所述碳排放特征包括温室气体年排放量、年发电量以及集群排放源修正系数中的一种或多种的组合。

在一些实施例中，所述重要性系数通过二氧化碳年排放量系数和影响系数计算得到，其中所述影响系数包括集群排放源修正系数或者单位产量碳排放强度折算系数，计算公式表示为：

；

其中W为重要性系数，为二氧化碳年排放量系数，K为影响系数，为集群排放源修正系数，为单位产量碳排放强度折算系数。

在一些实施例中，所述获取可重访卫星轨道高度数据集，包括：

在人造卫星的每日公转周数经验取值区间中选取卫星轨道可重访的每日公转周数；所述卫星轨道可重访的每日公转周数的小数部分可分数化；

根据所述每日公转周数获取对应的所述可重访卫星轨道高度，计算公式表示为：

；

其中T为卫星轨道周期，G为万有引力常量，M为地球质量，a表示可重访卫星轨道高度，α表示地球赤道半径。

在一些实施例中，所述获取实际升交点经度数据集包括：通过在实际升交点经度的取值范围之中进行离散取值获得。

在一些实施例中，所述根据所述重要性系数，计算预设卫星轨道对于所述目标的观测覆盖率评价指数包括：

根据所述可重访卫星轨道高度，分别以每一所述目标作为过境目标星下点，计算对应过境卫星轨道的第一升交点经度；

根据每一所述第一升交点经度和所述实际升交点经度计算所述预设卫星轨道对所述目标的目标观测有效系数；

根据每一所述目标观测有效系数和所述重要性系数计算所述观测覆盖率评价指数。

在一些实施例中，所述根据所述可重访卫星轨道高度，分别以每一所述目标作为过境目标星下点，计算对应过境卫星轨道的第一升交点经度，包括：

根据所述可重访卫星轨道高度和太阳同步轨道特征计算所述过境卫星轨道的离心率、轨道倾角和近地点幅角；

根据所述离心率、所述轨道倾角、所述近地点幅角以及所述目标的位置信息计算对应的所述过境卫星轨道的第一升交点经度。

在一些实施例中，对于理想圆轨道，所述计算所述第一升交点经度的方法，包括：

根据理想圆轨道的性质得出所述离心率和所述近地点幅角均为零；

所述轨道倾角的计算公式表示为：

；

其中cosi表示轨道倾角i的余弦值，ρ=360°/yr，表示用于计算轨道摄动的地球引力势函数第二项的系数，Re为地球平均半径，μ为地球标准引力常数，a表示可重访卫星轨道高度，α表示地球赤道半径。

在一些实施例中，对于理想圆轨道，所述计算所述第一升交点经度的方法还包括：

根据由所述可重访卫星轨道高度确定的卫星公转周期，计算卫星公转角速度，计算公式表示为：

=360°/T，其中T表示卫星公转周期，表示卫星公转角速度；

所述目标的位置信息包含经度和纬度，根据所述纬度和所述轨道倾角计算过境卫星的星下点经过所述目标时的真近点角，公式为：

=，其中表示所述纬度，θ表示所述真近点角；

所述过境卫星的星下点从赤道到达所述目标的时间，计算公式表示为：

t=θ/，其中t表示过境卫星的星下点从赤道到达所述目标的时间；

根据所述经度、所述轨道倾角、所述真近点角和所述时间计算所述第一升交点经度，计算公式表示为：

；

其中表示经度，表示第一升交点经度，为地球自转角速度。

在一些实施例中，所述根据每一所述第一升交点经度和所述实际升交点经度计算所述预设卫星轨道对所述目标的目标观测有效系数，包括：

根据所述可重访卫星轨道高度获得所述预设卫星轨道单一重访周期内的公转周数；

根据所述单一重访周期内的公转周数对所述第一升交点经度或所述实际升交点经度等效化；

所述等效化包括对原升交点经度加或减，其中δ=360/x，n为整数，n表示单一重访周期内的公转周数；

所述等效化使得，其中λ表示实际升交点经度，表示第一升交点经度；

所述目标观测有效系数的算法表示为：

；

其中，η表示目标观测有效系数，为星载碳监测仪器可观测角度，a表示可重访卫星轨道高度。

在一些实施例中，所述观测覆盖率评价指数的算法表示为：

；

其中，表示观测覆盖率评价指数，N表示点源目标的数量，表示第i个所述目标的所述重要性系数，表示第i个所述目标的所述目标观测有效系数。

在一些实施例中，所述平均观测机会次数的计算方法包括：

根据所述可重访卫星轨道高度获取各所述目标一年内的被观测次数，计算平均观测机会次数的算法表示为：

；

其中，表示平均观测机会次数，表示第i个所述目标一年内的被观测次数，M表示对应所述可重访卫星轨道高度的卫星一年内公转周数，N表示点源目标的数量。

本发明还提供一种基于多目标观测的卫星轨道设计装置，包括：

目标点源分析单元，用于获取目标的碳源信息，根据所述碳源信息获取所述目标的重要性系数；

轨道参数数据集配置单元，用于获取可重访卫星轨道高度数据集；其中，所述可重访卫星轨道高度数据集包括多个可重访卫星轨道高度；

所述轨道参数数据集配置单元还用于获取实际升交点经度数据集；其中，所述实际升交点经度数据集包括多个实际升交点经度；

覆盖率评价单元，用于根据所述重要性系数，计算预设卫星轨道对于所述目标的观测覆盖率评价指数；所述预设卫星轨道与可重访卫星轨道高度和实际升交点经度各自的取值相关；

观测次数计算单元，用于根据所述可重访卫星轨道高度，计算所述预设卫星轨道对于所述目标的平均观测机会次数；

综合评价单元，用于根据所述观测覆盖率评价指数和所述平均观测机会次数及各自的权重进行综合评价；

遍历单元，用于重复综合评价过程，直至遍历所有可能的所述预设卫星轨道，根据所述综合评价确定所采用的最优卫星轨道高度和最优升交点经度。

本发明还提供一种电子设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上任一实施例所述的基于多目标观测的卫星轨道设计方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一实施例所述的基于多目标观测的卫星轨道设计方法。

本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上任一实施例所述的基于遮阳系统的建筑能耗模拟方法。

本发明提供的基于多目标观测的卫星轨道设计方法，通过对目标的信息进行分析，以期提高最终结果对于重要目标的观测能力，通过对各可重访卫星轨道高度各自对应轨道上的升交点经度的调整，例如通过观测覆盖率评价指数和平均观测机会次数等因素的计算进行综合评价，以使得最终选取的卫星轨道高度和升交点经度对应的卫星观测有更大的机会覆盖到数量众多目标点源以及提高对于重要目标的关注度。

附图说明

为了更清楚地说明本说明书实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本说明书实施例中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的基于多目标观测的卫星轨道设计方法流程图；

图2为本发明实施例观测覆盖率评价指数获得流程图；

图3为本发明实施例卫星在单一重访周期内过境升轨轨道示意图；

图4为本发明实施例示例轨道高度条件下的综合评价曲线图；

图5为本发明提供的基于多目标观测的卫星轨道设计装置架构图；

图6为本发明提供的电子设备架构示意图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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他实施例，都属于本申请保护的范围。

为便于对本申请实施例的理解，下面将结合附图以具体实施例做进一步的解释说明，实施例并不构成对本申请实施例的限定。

本发明实施例提供一种基于多目标观测的卫星轨道设计方法，如图1所示，包括以下步骤：

步骤1：获取目标的碳源信息，根据所述碳源信息获取所述目标的重要性系数。

各目标的碳排放源空间分布和排放时空特征分布不均，比如碳排放量和碳排放强度差异大，且不同碳源高排放时间段也有所不同，不同点源目标碳源具有不同的观测重要性。为此需要基于各点源目标碳源排放特征差异设置目标重要性系数。

具体可以通过调查获取点源目标的碳源信息，碳源信息一方面包括各目标的经纬度信息也即位置信息以便于后续卫星轨道设计更多过境目标；另一方面碳源信息还包括各目标的碳排放特征，例如温室气体年排放量、年发电量以及集群排放源修正系数等特征，通过重要性系数将具有强排放能力或者排放与产出比例低的目标，以及由于集群排放而严重影响区域环境的若干点源目标的被观测地位突出化，作为卫星轨道选择的依据。需要理解的是，本实施例对于目标的形态不做特殊限定，目标可以是点源目标或者面源目标等，对于面源目标，可以根据需要选取其区域质心等特殊点作为其位置信息，在此不过多赘述。

在一些实施例中，如下表1所示，本实施例获取了全球范围内2835个燃煤电厂为例作为点源目标，获取了点源目标的位置信息和部分碳排放特征，但本发明构思对于点源目标的排放源类型不做限定，在实际应用过程中点源目标还可以是钢铁企业或炼油厂等。其中，温室气体年排放量可以通过主要温室气体的年排放量体现；排放强度EI可以通过年排放量和年发电量的比值计算得出，以体现出本实施例对于温室气体排放量高但产出能力低的点源目标的重视，故而将排放强度EI考虑到重要性系数的计算中。

表1 点源目标的位置信息及部分碳排放特征

如下表2所示，可以通过表2所示的计算方法对各点源目标的集群排放源修正系数进行计算，表示本实施例对于在一定范围内的多个排放源给予额外的关注度，因为这可能对环境造成较严重的影响。

表2 点源目标的集群修正系数算法

在一些实施例中，重要性系数W通过二氧化碳年排放量系数和影响系数K计算得到，其中影响系数K包括集群排放源修正系数或者单位产量碳排放强度折算系数，计算公式表示为

，其中单位产量碳排放强度折算系数，表示排放强度最低的目标点源的排放强度，根据上述碳源信息得到的重要性系数及中间量如下表3所示，较佳地，在一些实施例中，还可以通过重要性系数W对点源目标进行排序，以获得重要性顺序。

表3 重要性系数及中间量统计

步骤2：获取可重访卫星轨道高度数据集和实际升交点经度数据集。所述可重访卫星轨道高度数据集包括多个可重访卫星轨道高度，所述实际升交点经度数据集包括多个实际升交点经度。

卫星轨道高度是卫星轨道的不可缺少重要设计参数，其决定了卫星轨道中的众多重要参数。

具体地，步骤2包括

步骤2.1在人造卫星的每日公转周数经验取值区间中选取卫星轨道可重访的每日公转周数L；所述卫星轨道可重访的每日公转周数L的小数部分可分数化，例如每日公转周数15.2周或14.8周，则重访周期为5天；每日公转周数15.667周或14.333周，则重访周期为3天。

步骤2.2根据所述每日公转周数L获取对应的所述可重访卫星轨道高度a，计算公式表示为

；

其中T是卫星轨道公转周期，L是卫星每日公转周数，G为万有引力常量，M为地球质量，a为可重访卫星轨道高度，α为地球赤道半径，则(a+α)表示的是卫星轨道半长轴。在详细计算过程中卫星一般使用椭圆轨道，计算轨道过程中需考虑大气阻力、日月摄动和其他干扰因素。计算过程可使用商业或公开软件和公式进行计算。在本实施例中，为了便于发明构思的阐述和计算的简化表示，以理想化的圆轨道进行计算，也即轨道的离心率和近地点幅角为零。可见，获取了卫星轨道高度a也就意味着获取了卫星轨道公转周期T、卫星每日公转周数L。

本实施例中的卫星用于环境气象观测，一般采用太阳同步轨道卫星。太阳同步轨道卫星的特点是轨道的倾角大于90°；卫星始终处于太阳光的照射下，不会进入地球阴影，太阳电池可以充足供电而不会中断；太阳同步轨道还兼有极轨道的特点，可以俯瞰整个地球表面；选取太阳同步轨道的卫星一般是气象卫星、地球资源卫星等。

为了便于对卫星观测目标数据的标准化统计和计算，卫星轨道需要选用可重访轨道，使得卫星可以周期性的过境目标点源以周期性的获取观测数据。而重访周期决定于卫星的每日公转周数L，重访周期与每日公转周数L小数部分的分母取值相同，因此重访周期也决定于卫星轨道高度a。

表4 轨道高度及相关数据截取

目前的太阳同步轨道卫星的每日公转周数在13.75周与16.4周之间。截取本实施例部分可重访卫星轨道高度数据集中的可重访轨道高度a及其相关数据如表4所示。

步骤3：根据所述重要性系数，计算预设卫星轨道对于所述目标的观测覆盖率评价指数。所述预设卫星轨道与可重访卫星轨道高度和实际升交点经度各自的取值相关，所述实际升交点经度选自所述实际升交点经度数据集。

优选地，在一些实施例中，如图2所示，观测覆盖率评价指数的计算过程包括：

步骤3.1根据可重访卫星轨道高度a，分别以每一点源目标作为过境目标星下点，计算对应过境卫星轨道的第一升交点经度。

本实施例中为了评估对于点源目标的观测能力，通过计算目标观测有效系数η进行表示，将点源目标的位置信息转化为过境目标星下点所需的第一升交点经度，也即计算假设一卫星轨道的星下点经过点源目标时该卫星轨道的升交点经度，以便于后续结合卫星轨道实际升交点经度λ进行评估计算。

首先，需要根据轨道的太阳同步特征，计算卫星轨道半长轴、离心率、轨道倾角和近地点幅角的相互关系。本实施例中的卫星轨道理想化为圆轨道，即离心率和近地点幅角为零，可通过轨道半径计算轨道倾角i。其中太阳同步理想圆轨道倾角公式为：

；

其中cosi为轨道倾角余弦值，ρ=360°/yr，为地球引力势函数第二项的系数（用于计算轨道摄动），Re为地球平均半径，μ为地球标准引力常数（即G×M），a为可重访卫星轨道高度，α为地球赤道半径，则(a+α)表示的是卫星轨道半长轴。根据表4中的轨道高度最终得出对应的倾角的部分结果如表5所示，轨道倾角i介于96.207°-99.309°。

表5 轨道高度和对应轨道倾角数据截取

卫星轨道倾角确定后，卫星升交点赤经（RAAN）由星下点地方时决定，过境目标星下点的卫星轨道第一升交点经度（LAN，记作）决定过境位置。换句话说，在卫星轨道半长轴(a+α)、离心率、轨道倾角i和近地点幅角确定，且仅考虑轨道摄动的情况下，卫星每一公转周期星下点轨迹由该周期零时刻升交点经度唯一确定。

所以在卫星的太阳同步回归轨道倾角和公转周期确定，而且以卫星在白昼时升轨的情况为例，具体地，卫星的公转角速度即已利用以下公式①确定，卫星的星下点从赤道到达点源目标的时间表示为t，则利用以下公式③可以通过点源目标的纬度和轨道倾角i计算卫星星下点到达点源目标时卫星的真近点角θ，接着利用以下公式②求出卫星的星下点从赤道到达点源目标的时间t，将t、点源目标的经度以及轨道倾角i代入以下公式④即可得到星下点经过点源目标的卫星轨道的第一升交点经度，其中的公式表示如下所示。

=360°/T①

t=θ/②

=③

④

θ∈(-180°,-90°)，即南半球降轨；

θ∈(-90°,90°)，即升轨；

θ∈(90°,180°)，即北半球降轨。

其中，为地球自转角速度（约每秒0.00418°），公式内所有经纬度均需使用地心坐标系经纬度（如WGS-84）并换算成弧度；对于太阳同步轨道，公式④中±取减号。

根据上述过程，本实施例以一可重访卫星轨道高度（每日公转15.2周轨道，轨道高度503.010km，倾角97.418°）为例，将该条件下各点源目标对应的第一升交点经度计算整理如下表6。

表6 示例轨道高度下的各点源目标对应的第一升交点经度

步骤3.2根据每一所述第一升交点经度和所述实际升交点经度λ计算所述预设卫星轨道对对应的所述目标的目标观测有效系数η。

其中，实际升交点经度λ来源于实际步骤2中获取的实际升交点经度数据集。

优选地，在一些实施例中，所述实际升交点经度数据集是通过在实际升交点经度的取值范围之中进行离散取值获得的。

本发明的目的是选择出各参数取值范围内各参数的最优选值，对于实际升交点经度λ，其取值范围为0-360°，为了提高设计精度，若干λ在取值范围内的选取应当竟可能密集，例如可以通过线性插值的方式获取λ的若干离散取值。

较佳地，在一些实施例中，首先根据所述可重访卫星轨道高度a获得所述预设卫星轨道单一重访周期内的公转周数x。

由于卫星单一重访周期内公转周数x已由重访周期和公转周期确定，如图3所示，地球赤道即被x等分，相邻轨道升交点经度夹角δ=360/x。卫星轨道随升交点经度λ变化，但具有周期性。

因此可以对升交点经度等效化，根据所述单一重访周期内的公转周数x对所述第一升交点经度或所述实际升交点经度λ等效化，使得，所述等效化包括对原升交点经度加或减，其中δ=360/x，n为整数。

表7 部分不同公转周期轨道δ数值

当λ取值为λ+时卫星轨道与下n个轨道重合，也即λ与λ+为等效升交点经度。因此对实际升交点经度λ的取值范围可从0-360°简化为0-δ范围，减少计算量，并且避免对于正负数值和360°循环导致的误差，在此使用范围在δ与之间的实际升交点经度λ。部分不同公转周期轨道δ数值如表7所示。

由于碳卫星监测仪器垂直半角大约在1-1.5°（即监测幅宽大约为轨道高度的1/50-1/20），卫星对于每一点源目标观测的能力必须纳入卫星轨道升交点经度的评估体系，因此首先需要计算各实际升交点经度下的卫星轨道分别对于各点源目标的观测能力，通过目标观测有效系数η表示该能力，η通过以下公式计算

当θ∈(-180°,-90°)或(90°,180°)时，η=0；

当θ∈(-90°,90°)时，

；

其中，为星载碳监测仪器可观测角度，a为卫星轨道高度，为星下轨迹幅宽，也即星载碳监测仪器扫描过地球表面的轨迹幅宽。应当理解的是，公式中-λ虽然单位是经度，但是其各自表示升交点经度之差，而地球表面经度之差可以通过换算表示距离。

表8 第一升交点经度的等效升交点经度

较佳地，由于可重访卫星轨道的特征，前述得到的各第一升交点经度也可在相同的卫星轨道高度条件下转换为范围在δ与之间的等效升交点经度，换算结果如表8所示。

接着，根据上式计算不同的实际升交点经度条件下的卫星轨道分别对各点源目标的目标观测有效系数η。在每日公转15.2周，轨道δ=4.7368°，轨道高度503.010km，倾角97.418°的条件下，以上表7中序号2835号点源目标为例，不同实际升交点经度取值λ对应的目标观测有效系数η如下表9所示。

表9示例2835号点源目标在不同实际升交点经度之下的η值

步骤3.3根据每一所述目标各自的所述目标观测有效系数η和所述重要性系数W计算所述观测覆盖率评价指数。

在由于不同碳源排放强度不均，且单个碳源排放强度和符合该强度的碳源数量呈负相关，故在此将对不同碳源目标设置目标重要性系数W加入到目标覆盖率的评价中，以期最终的卫星轨道可以更多覆盖到更为重要更有观测价值的点源目标。

当N个点源目标被纳入观测目标重要性系数的情况下，卫星轨道参数的有效点源目标覆盖率为，作为目标覆盖率评价函数，其中表示第i个所述目标的所述重要性系数，表示第i个所述目标的所述目标观测有效系数。不同实际升交点经度取值λ对应的观测覆盖率评价指数如下表10所示。

表10 示例2835号点源目标在不同实际升交点经度之下的值

至此，完成观测覆盖率评价指数的计算。

接着，步骤4：根据所述可重访卫星轨道高度，计算所述预设卫星轨道对于所述目标的平均观测机会次数。

除了需要尽可能的使得卫星轨道星下点轨迹尽可能覆盖到点源目标，卫星对于各点源目标的观测次数也应当纳入评价体系中，以使得最终卫星轨道能够更多频次的观测到点源目标。

表11 卫星一年内观测机会次数统计

通过统计一年内不同目标观测机会次数，计算各点源目标的平均被观测机会次数作为观测次数评价函数，其中M为该卫星一年公转周数。其中各点源目标一年内被观测机会次数由卫星一年内重访周期数决定，不同公转周数卫星观测机会次数如表11所示。

需要说明的是，对于处于中低纬度区域的各点源目标各自的被观测机会次数是相等的。对于一个公转周期内公转周数大于180周的情况，在高纬度是可能出现两条升轨间距很短甚至部分重叠的情况，这个导致不同点源目标的不一致。

步骤5：根据所述观测覆盖率评价指数和所述平均观测机会次数及各自的权重进行综合评价。

在一些实施例中，综合评价指数，其中和为和对应权重，权重可根据专家主观选取或根据客观实际情况需要选取，但和的总和为1。本实施例中，对于每日公转15.2周，轨道高度503.010km的卫星综合评价指数S请参考图4，可取其中的最大值作为最终综合评价，则最大值点为该卫星轨道高度下的最优升交点经度λ。

步骤6：重复综合评价过程，遍历至少部分所述预设卫星轨道，根据综合评价确定所采用的最优卫星轨道高度和最优升交点经度。

最终通过重复执行步骤3到步骤5，综合评价遍历所有预设卫星轨道后，取各轨道高度对应的最终综合评价最高的值，以得到最优卫星轨道高度和最优升交点经度。

优选地，在一些实施例中，为了减少计算量，例如可以根据经验估计出最优卫星轨道高度所在区间或范围，对范围内的部分预设卫星轨道进行遍历即可。

在结果示例一中，当=0.75，=0.25时，各轨道高度对应的最优升交点经度λ如下表12所示。

表12 结果示例一各轨道高度对应的最优升交点经度及最终综合评价

其中，每日公转周数14.533周，即重访周期15天，轨道高度711.865km的轨道最优升交点经度为2.582°，最终综合评价S达到最大值，为0.645。

在结果示例二中，当=0.0625，=0.9375时，各轨道高度对应的最优升交点经度λ如下表13所示。

表13 结果示例二各轨道高度对应的最优升交点经度及最终综合评价

其中，当每日公转周数为15周，重访周期1天，轨道高度564.040km轨道最优升交点经度为46.811°，最终综合评价S达到最大值，为0.067。

两种计算方法当中前者适用于对点源目标覆盖率要求较高的情况，后者适用于对平均可被观测机会次数要求较高的情况。

应当理解的是，最终决定的升交点经度为，其中n取正整数，由卫星发射地点实际经纬度、时间窗口和可用轨道资源等因素最终确定。

需要说明的是，附图中的流程图和框图，图示了按照本申请各种实施例的系统、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段、或代码的一部分，该模块、程序段、或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个接连地表示的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或操作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

虽然采用特定次序描绘了各操作，但是这不应当理解为要求这些操作以所示出的特定次序或以顺序次序执行来执行。在一定环境下，多任务和并行处理可能是有利的。

本发明还提供一种基于多目标观测的卫星轨道设计装置，如图5所示，包括：

本发明还提供一种电子设备，如图6所示，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述计算机程序被所述处理器执行时实现如上任一实施例所述的基于多目标观测的卫星轨道设计方法。

计算机可读存储介质包括永久性和非永久性、可移动和非可移动媒体可以由任何方法或技术来实现信息存储。信息可以是计算机可读指令、数据结构、程序的模块或其他数据。计算机存储介质的例子包括，但不限于相变内存(PRAM)、静态随机存取存储器(SRAM)、动态随机存取存储器(DRAM)、其他类型的随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、电可擦除可编程只读存储器(EEPROM)、快闪记忆体或其他内存技术、只读光盘只读存储器(CD-ROM)、数字多功能光盘(DVD)或其他光学存储、磁盒式磁带，磁带磁磁盘存储或其他磁性存储设备或任何其他非传输介质，可用于存储可以被计算设备访问的信息。按照本文中的界定，计算机可读介质不包括暂存电脑可读媒体(transitory media)，如调制的数据信号和载波。

专业人员应该还可以进一步意识到，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、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。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申请的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本申请的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本申请的具体实施方式而已，并不用于限定本申请的保护范围，凡在本申请的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims

1.一种基于多目标观测的卫星轨道设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于多目标观测的卫星轨道设计方法，其特征在于：所述碳源信息包括每一所述目标的位置信息和碳排放特征；

3.根据权利要求2所述的基于多目标观测的卫星轨道设计方法，其特征在于：所述重要性系数通过二氧化碳年排放量系数和影响系数计算得到，其中所述影响系数包括集群排放源修正系数或者单位产量碳排放强度折算系数，计算公式表示为：

；

4.根据权利要求1所述的基于多目标观测的卫星轨道设计方法，其特征在于：所述获取可重访卫星轨道高度数据集，包括：

；

5.根据权利要求1所述的基于多目标观测的卫星轨道设计方法，其特征在于：所述获取实际升交点经度数据集包括：通过在实际升交点经度的取值范围之中进行离散取值获得。

6.根据权利要求1所述的基于多目标观测的卫星轨道设计方法，其特征在于：所述根据所述重要性系数，计算预设卫星轨道对于所述目标的观测覆盖率评价指数包括：

7.根据权利要求6所述的基于多目标观测的卫星轨道设计方法，其特征在于：所述根据所述可重访卫星轨道高度，分别以每一所述目标作为过境目标星下点，计算对应过境卫星轨道的第一升交点经度，包括：

8.根据权利要求7所述的基于多目标观测的卫星轨道设计方法，其特征在于：对于理想圆轨道，计算所述第一升交点经度的方法，包括：

所述轨道倾角的计算公式表示为：

；

9.根据权利要求8所述的基于多目标观测的卫星轨道设计方法，其特征在于：对于理想圆轨道，所述计算所述第一升交点经度的方法还包括：

=360°/T，其中T表示卫星公转周期，表示卫星公转角速度；

=，其中表示所述纬度，θ表示所述真近点角；

；

其中表示经度，表示第一升交点经度，为地球自转角速度。

10.根据权利要求6所述的基于多目标观测的卫星轨道设计方法，其特征在于：所述根据每一所述第一升交点经度和所述实际升交点经度计算所述预设卫星轨道对所述目标的目标观测有效系数，包括：

所述目标观测有效系数的算法表示为：

；

11.根据权利要求10所述的基于多目标观测的卫星轨道设计方法，其特征在于：所述观测覆盖率评价指数的算法表示为：

；

12.根据权利要求1所述的基于多目标观测的卫星轨道设计方法，其特征在于：所述平均观测机会次数的计算方法包括：

；

13.一种基于多目标观测的卫星轨道设计装置，其特征在于，包括：

14.一种电子设备，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权利要求1-12任一项所述的基于多目标观测的卫星轨道设计方法。

15.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至12任一项所述的基于多目标观测的卫星轨道设计方法。