CN116070062A - 一种航天测运控网覆盖能力分析计算方法 - Google Patents
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Abstract
本发明是关于一种航天测运控网覆盖能力分析计算方法，包括：获取航天测运控的基础数据，所述基础数据包括：星地可见预报、星地支持关系以及工作约束条件；构建低轨、中高轨卫星的分析指标模型，所述分析指标包括：低轨圈次覆盖率、中高轨时长覆盖率、低轨连续覆盖率、中高轨连续覆盖率；根据所述分析指标模型计算得到航天测运控网覆盖能力计算结果。本发明构建了测控和数传等类型资源覆盖低轨、中高轨卫星的分析指标模型，用于对低轨圈次覆盖率、中高轨时长覆盖率、低轨连续覆盖率、中高轨连续覆盖率进行计算评价，经过一次计算即可得到各覆盖率，为航天测运控网覆盖能力分析计算提供了一种高效、准确性高、通用、简单易行的分析计算方法。
Description
技术领域
本发明实施例涉及航天器数据处理技术领域，尤其涉及一种航天测运控网覆盖能力分析计算方法。
背景技术
随着航天领域技术的不断进步，航天器及测运控资源的数量不断增多，科学合理地制定测运控资源布局规划方案，是保障测运控网有序、高效运行的先决条件。如何对航天测运控网布局规划进行精准分析和评价，使有限数量的测运控资源能为更多的卫星提供测控和数传服务，充分发挥航天测运控网的最优能力，成为航天测运控网布局规划与效能评估亟待解决的问题。
航天测运控网的布局规划需要考虑的方面较多，其中较为关键的是对不同类型、不同轨道卫星的覆盖能力。航天测运控网管理者期望在测运控资源数量不变的情况下，布局规划方案能够覆盖更多的卫星，且能为这些卫星提供尽可能多的测控和数传服务。
相关技术中，针对航天测运控网布局规划的分析和评估，主要以单一系列卫星为主进行分析，未考虑对全网各类低轨和中高轨卫星进行统筹考虑，综合性不强且分析评估指标较为单一；分析过程主要通过卫星工具包（STK）等类型软件进行可视化仿真，其覆盖分析方法较为复杂，未能从宏观数据上对其分析结果进行综合评估；未能针对航天测运控网对低轨道卫星、中高轨道卫星测控和数传的覆盖能力进行统一建模，分析评估过程准确性、时效性不强。
因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。
需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的技术方案提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。
发明内容
本发明的目的在于提供一种航天测运控网覆盖能力分析计算方法，进而至少在一定程度上解决由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
本发明提供一种航天测运控网覆盖能力分析计算方法，包括以下步骤：
获取航天测运控的基础数据，所述基础数据包括：星地可见预报、星地支持关系以及工作约束条件；
构建低轨卫星及中高轨卫星的分析指标模型，所述分析指标包括：低轨圈次覆盖率、中高轨时长覆盖率、低轨连续覆盖率以及中高轨连续覆盖率；
根据所述分析指标模型计算得到航天测运控网覆盖能力计算结果。
本发明中，所述星地可见预报包括：测运控资源代号、卫星任务代号、预报开始时间、预报结束时间、最高仰角和圈号数据；所述星地支持关系包括：测控资源支持任务种类和数传资源支持任务种类数据；所述工作约束条件包括：最低仰角要求和最短时长要求数据。
本发明中，所述低轨圈次覆盖率用表示，数学表达式如下：
(1)
其中，表示在预设时间段内资源对卫星的第个星地可见圈次，表示卫星于所述预设时间段内在空间中运行的总圈次，表示低轨卫星集合，表示星地可见圈次或弧段的集合，表示测控资源集合或数传资源集合。
本发明中，所述中高轨时长覆盖率用表示，数学表达式如下：
(2)
其中，表示在预设时间段内资源对卫星的第个星地可见预报弧段时长，表示卫星于所述预设时间段内在空间中运行的总时长，表示中高轨卫星集合。
本发明中，所述低轨连续覆盖率用表示，数学表达式如下：
(3)
其中，表示在预设时间段内测控资源或数传资源对卫星可提供接力测控服务的圈次。
本发明中，所述中高轨连续覆盖率用表示，数学表达式如下：
(4)
其中，表示在预设时间段内测控资源或数传资源对卫星可提供接力测控服务的圈次。
本发明中，对航天测运控网覆盖能力进行计算时，设需要进行覆盖能力分析的预设时间段为T，将预设时间段T内满足所述工作约束条件以及星地支持关系的星地可见预报数据存入集合中。
本发明中，所述低轨圈次覆盖率和所述低轨连续覆盖率分析计算过程如下：
将每颗低轨卫星的星地可见预报弧段，按照圈号从小至大进行排序，存入低轨卫星可见预报集合中，其中；
求集合中所有低轨卫星运行总圈次数量，其中，为每颗低轨卫星的最大圈号，为每颗低轨卫星的最小圈号；
计算集合中每颗低轨卫星的无重复的星地可见预报圈号的数量之和，根据公式(1)计算低轨圈次覆盖率；
筛选出集合中的每颗低轨卫星星地可见预报的每个圈号中，具有两条及以上的星地可见预报弧段，且所述星地可见预报弧段存在时间交集的圈号；
计算筛选出的圈号的总数量，即得可接力服务总圈次，根据公式(3)计算低轨连续覆盖率。
本发明中，所述中高轨时长覆盖率和所述中高轨连续覆盖率分析计算过程如下：
将每颗中高轨卫星的星地可见预报弧段，按照预报开始时间从小至大进行排序，存入中高轨卫星可见预报集合中，其中；
计算集合中所有中高轨卫星的预设时间段的时长总和，得到中高轨卫星运行总时长；
计算集合中每颗中高轨卫星可见时间段的并集，并求其并集中所有元素的时长之和，即得到可见总时长，根据公式(2)计算中高轨时长覆盖率；
筛选出集合中的每颗中高轨卫星的星地可见预报在同一圈号下，具有两条及以上存在时间交集的星地可见预报弧段，求其并集；
计算所述并集中的星地可见预报弧段的总时长，即得可接力服务总时长，根据公式(4)计算中高轨连续覆盖率。
本发明中，所述工作约束条件包括：仰角不小于10度且预设时间段不小于11分钟。
本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本发明中，通过上述方法，构建了测控和数传等类型资源覆盖低轨、中高轨卫星的分析指标模型，用于对低轨圈次覆盖率、中高轨时长覆盖率、低轨连续覆盖率、中高轨连续覆盖率进行计算评价，经过一次计算即可得到各覆盖率，为航天测运控网覆盖能力分析计算提供了一种高效、准确性高、通用、简单易行的分析计算方法。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本公开的实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出本发明示例性实施例中航天测运控网覆盖能力分析计算方法的流程示意图；
图2示出本发明示例性实施例中的航天测运控网低轨卫星预报示意图；
图3示出本发明示例性实施例中的航天测运控网中高轨卫星预报示意图。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施方式。然而，示例实施方式能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的范例；相反，提供这些实施方式使得本发明将更加全面和完整，并将示例实施方式的构思全面地传达给本领域的技术人员。所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施方式中。
此外，附图仅为本发明实施例的示意性图解，并非一定是按比例绘制。图中相同的附图标记表示相同或类似的部分，因而将省略对它们的重复描述。附图中所示的一些方框图是功能实体，不一定必须与物理或逻辑上独立的实体相对应。
本示例实施方式中首先提供了一种航天测运控网覆盖能力分析计算方法，参考图1所示，该控制方法包括以下步骤：
步骤S101，获取航天测运控的基础数据，所述基础数据包括：星地可见预报、星地支持关系以及工作约束条件；
步骤S102，构建低轨卫星及中高轨卫星的分析指标模型，所述分析指标包括：低轨圈次覆盖率、中高轨时长覆盖率、低轨连续覆盖率以及中高轨连续覆盖率；
步骤S103，根据所述分析指标模型计算得到航天测运控网覆盖能力计算结果。
通过上述方法，构建了测控和数传等类型资源覆盖低轨、中高轨卫星的分析指标模型，用于对低轨圈次覆盖率、中高轨时长覆盖率、低轨连续覆盖率、中高轨连续覆盖率进行计算评价，经过一次计算即可得到各覆盖率，为航天测运控网覆盖能力分析计算提供了一种高效、准确性高、通用、简单易行的分析计算方法。
其中，所述星地可见预报包括：测运控资源代号、卫星任务代号、预报开始时间、预报结束时间、最高仰角和圈号等数据；所述星地支持关系包括：测控资源支持任务种类和数传资源支持任务种类等数据；所述工作约束条件包括：最低仰角要求和最短时长要求等数据。
另外，所述星地支持关系和所述工作约束条件中也含有测运控资源代号、卫星任务代号等数据。其中的工作约束条件可以为：仰角不小于10度且预设时间段不小于11分钟等，但也不限于此，例如预设时间段可以是1h、5h、10h等。
具体的计算例
一、获取航天测运控的基础数据
获取航天测运控资源星地可见预报、星地支持关系、工作约束条件等基础数据，如图2和图3所示，其中图2包含2套航天测控资源对1颗低轨卫星10小时内5个圈次内的星地可见预报，图3包含2套航天测控资源对1颗中高轨卫星10小时内的星地可见预报。
二、构建测运控资源分析指标模型
其中的分析指标的计算模型如下：
（1）低轨圈次覆盖率指的是航天测控或数传资源对低轨道卫星在预设时间段内可见圈次数量在该类低轨道卫星运行总圈次数量中的占比。低轨圈次覆盖率用表示，数学表达式如下：
(1)
其中，表示在预设时间段内资源对卫星的第个星地可见圈次，表示卫星于所述预设时间段内在空间中运行的总圈次，表示低轨卫星集合，表示星地可见圈次或弧段的集合，表示测控资源集合或数传资源集合。
（2）中高轨时长覆盖率指的是航天测控或数传资源对中轨道和高轨道卫星在预设时间段内可见总时长在该类卫星运行总时长中的占比。中高轨时长覆盖率用表示，数学表达式如下：
(2)
其中，表示在预设时间段内资源对卫星的第个星地可见预报弧段时长，表示卫星于所述预设时间段内在空间中运行的总时长，表示中高轨卫星集合。
（3）低轨连续覆盖率指的是在预设时间段内，具有两套及以上的航天测控或数传资源对低轨道卫星某圈次均可见，且其星地可见预报弧段存在时间交集，并能够提供接力测控或数传服务的总圈次数量，在该类卫星可见总圈次中的占比。低轨连续覆盖率用表示，数学表达式如下：
(3)
其中，表示在预设时间段内测控资源或数传资源对卫星可提供接力测控服务的圈次。
（4）中高轨连续覆盖率指的是在预设时间段内，具有两套及以上的航天测控或数传资源对中轨道和高轨道卫星某星地可见预报弧段均可见，且其星地可见预报弧段存在时间交集，并能够提供接力测控或数传服务的总时长，在该类卫星可见总时长中的占比。中高轨连续覆盖率用表示，数学表达式如下：
(4)
其中，表示在预设时间段内测控资源或数传资源对卫星可提供接力测控服务的圈次。
三、根据分析指标模型（即公式(1)-(4)）计算航天测运控网覆盖能力
（1）令需要进行覆盖能力分析的预设时间段为10小时。
（2）根据工作约束条件中仰角不小于10度且时长不小于11分钟以及星地支持关系等要求，将10小时内满足工作约束条件的星地可见预报存入集合P中。
（3）判断要进行分析计算的卫星是低轨卫星还是中高轨卫星，图2中所示卫星为低轨卫星，图3所示卫星为中高轨卫星。
①当卫星是低轨卫星时：
将每颗低轨卫星的星地可见预报弧段，按照圈号从小至大进行排序，存入低轨卫星可见预报集合中；
求集合中每颗低轨卫星的最大圈号减去最小圈号并加1之后的和，得到低轨卫星运行总圈次数量为；
判断当前分析的卫星的数据是否为测控资源数据，如图2所示，为低轨测控数据，则进行下述计算：
根据图2可知预报集合中低轨卫星的无重复测控可见预报圈号的数量之和为4，其中图2中圈号无星地可见预报；根据公式(1)计算低轨测控圈次覆盖率为；
筛选出集合的低轨卫星测控可见预报的每个圈号中，具有两条及以上的测控可见预报弧段，且这些星地可见预报弧段存在时间交集的圈号，圈号为；
计算这些圈号的总数量，即得可接力测控服务总圈次为1，根据公式(3)计算低轨测控连续覆盖率为。
②当卫星是中高轨卫星时：
将中高轨卫星的星地可见预报弧段，按照预报开始时间从小至大进行排序，存入中高轨卫星可见预报集合中；
计算所有中高轨卫星预设时间段T的时长总和，得到中高轨卫星运行总时长为小时；
判断当前分析的卫星的数据是否为中高轨测控数据，图3中所示为中高轨测控，当是中高轨测控数据时，则进行下述计算：
计算集合的中高轨卫星测控可见时间段的并集，并求其并集中所有元素的时长之和，即得到可见总时长为小时，根据公式(2)计算中高轨测控时长覆盖率，；
筛选出集合的中高轨卫星测控可见预报在同一圈号下，具有两条及以上存在时间交集的测控可见预报弧段，即预报6和预报9，求其并集；
计算这些并集中星地可见预报弧段的总时长，即得可接力测控服务总时长，单位小时，根据公式(4)计算中高轨测控连续覆盖率为。
以上即为航天测运控网覆盖能力分析指标值计算流程。
需要理解的是，上述描述中的术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底” “内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明实施例和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明实施例的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明实施例的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明实施例中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例进行结合和组合。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的发明后，将容易想到本发明的其它实施方案。本申请旨在涵盖本发明的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本发明的一般性原理并包括本发明未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本发明的真正范围和精神由所附的权利要求指出。
Claims (10)
1.一种航天测运控网覆盖能力分析计算方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取航天测运控的基础数据，所述基础数据包括：星地可见预报、星地支持关系以及工作约束条件；
构建低轨卫星及中高轨卫星的分析指标模型，所述分析指标包括：低轨圈次覆盖率、中高轨时长覆盖率、低轨连续覆盖率以及中高轨连续覆盖率；
根据所述分析指标模型计算得到航天测运控网覆盖能力计算结果。
2.根据权利要求1所述的航天测运控网覆盖能力分析计算方法，其特征在于，所述星地可见预报包括：测运控资源代号、卫星任务代号、预报开始时间、预报结束时间、最高仰角和圈号的数据；所述星地支持关系包括：测控资源支持任务种类和数传资源支持任务种类的数据；所述工作约束条件包括：最低仰角要求和最短时长要求的数据。
3.根据权利要求1所述的航天测运控网覆盖能力分析计算方法，其特征在于，所述低轨圈次覆盖率用表示，数学表达式如下：
(1)
其中，表示在预设时间段内资源对卫星的第个星地可见圈次，表示卫星于所述预设时间段内在空间中运行的总圈次，表示低轨卫星集合，表示星地可见圈次或弧段的集合，表示测控资源集合或数传资源集合。
4.根据权利要求3所述的航天测运控网覆盖能力分析计算方法，其特征在于，所述中高轨时长覆盖率用表示，数学表达式如下：
(2)
其中，表示在预设时间段内资源对卫星的第个星地可见预报弧段时长，表示卫星于所述预设时间段内在空间中运行的总时长，表示中高轨卫星集合。
5.根据权利要求4所述的航天测运控网覆盖能力分析计算方法，其特征在于，所述低轨连续覆盖率用表示，数学表达式如下：
(3)
其中，表示在预设时间段内测控资源或数传资源对卫星可提供接力测控服务的圈次。
6.根据权利要求5所述的航天测运控网覆盖能力分析计算方法，其特征在于，所述中高轨连续覆盖率用表示，数学表达式如下：
(4)
其中，表示在预设时间段内测控资源或数传资源对卫星可提供接力测控服务的圈次。
7.根据权利要求6所述的航天测运控网覆盖能力分析计算方法，其特征在于，对航天测运控网覆盖能力进行计算时，设需要进行覆盖能力分析的预设时间段为T，将预设时间段T内满足所述工作约束条件以及星地支持关系的星地可见预报数据存入集合中。
8.根据权利要求7所述的航天测运控网覆盖能力分析计算方法，其特征在于，所述低轨圈次覆盖率和所述低轨连续覆盖率分析计算过程如下：
将每颗低轨卫星的星地可见预报弧段，按照圈号从小至大进行排序，存入低轨卫星可见预报集合中，其中；
求集合中所有低轨卫星运行总圈次数量，其中，为每颗低轨卫星的最大圈号，为每颗低轨卫星的最小圈号；
计算集合中每颗低轨卫星的无重复的星地可见预报圈号的数量之和，根据公式(1)计算低轨圈次覆盖率；
筛选出集合中的每颗低轨卫星星地可见预报的每个圈号中，具有两条及以上的星地可见预报弧段，且所述星地可见预报弧段存在时间交集的圈号；
计算筛选出的圈号的总数量，即得可接力服务总圈次，根据公式(3)计算低轨连续覆盖率。
9.根据权利要求8所述的航天测运控网覆盖能力分析计算方法，其特征在于，所述中高轨时长覆盖率和所述中高轨连续覆盖率分析计算过程如下：
将每颗中高轨卫星的星地可见预报弧段，按照预报开始时间从小至大进行排序，存入中高轨卫星可见预报集合中，其中；
计算集合中所有中高轨卫星的预设时间段的时长总和，得到中高轨卫星运行总时长；
计算集合中每颗中高轨卫星可见时间段的并集，并求其并集中所有元素的时长之和，即得到可见总时长，根据公式(2)计算中高轨时长覆盖率；
筛选出集合中的每颗中高轨卫星的星地可见预报在同一圈号下，具有两条及以上存在时间交集的星地可见预报弧段，求其并集；
计算所述并集中的星地可见预报弧段的总时长，即得可接力服务总时长，根据公式(4)计算中高轨连续覆盖率。
10.根据权利要求1-9任一项所述的航天测运控网覆盖能力分析计算方法，其特征在于，所述工作约束条件包括：仰角不小于10度且预设时间段不小于11分钟。
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| CN116070062B (zh) | 2023-07-07 |
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