背景技术
中倾角低轨卫星是指轨道倾角在30度到65度之间的低地球轨道卫星。此类卫星具有一些独特的特点和优势:
1、中倾角低轨卫星的轨道高度较低,通常在200公里至2000公里之间。这种低轨道使得卫星能够更好地覆盖地球表面的区域,并且能够提供更及时、更丰富的信息。
2、中倾角低轨卫星的传输延迟更短。由于距离地球更近,信号传输的速度更快,延迟时间更短,这对于需要实时通信的应用来说非常重要。
3、中倾角低轨卫星的覆盖面积更大。由于轨道高度较低,卫星能够覆盖更广阔的地区,这对于气象观测、地理信息系统等应用来说非常有利。
4、中倾角低轨卫星的观测分辨率更高。由于距离地球更近,卫星能够提供更高分辨率的图像和数据,这对于许多应用来说非常重要。
卫星在轨道运行过程中会受到多种摄动力的影响,这些摄动力可能会导致轨道发生偏离和变化。常见的摄动力有地球非球形摄动力、日月引力、大气阻力、太阳光压、潮汐力等。低轨卫星主要受到地球非球形摄动力和大气阻力的影响,使得轨道高度不断降低,特别是在太阳活动高年,卫星衰减的更快。轨道的稳定性对卫星的通信、观测和导航等任务至关重要,若卫星衰减速率超过了预期范围,就需要使用轨道控制方法来保持卫星在正确的轨道上运行。此外,通过分析衰减速率,可以预测卫星将来可能需要的资源,如燃料、功率和传输带宽等。这有助于优化资源分配,保证卫星系统的可持续发展。
很多技术直接使用卫星某一段时间的开始结束时刻的瞬根或平根半长轴相减,再除以相隔的时长,得到卫星每天的衰减情况。这种计算方法缺点有:
1、平根与瞬根的差异在于考虑了摄动力对轨道的影响。由于平根消去短周期变化,只考虑长期变化项,反映了轨道的长期变化趋势,大大简化了轨道摄动分析,故应该使用平根来计算卫星的轨道高度。
2、由于轨道是波动的,直接使用卫星某一段时间的开始结束时刻半长轴相减的方式得到的衰减率精度较低,忽略了中间波动的情况,无法全面反映数据的变化。
此外,还有技术采用将一段时间的轨道平半长轴拟合成一条线性递减直线并表示出直线公式,进而计算出卫星每天的衰减情况。对于高倾角卫星,这种计算衰减率的方式没有问题,但是对于中倾角卫星,轨道呈周期性变化,若数据时间段选择的不合适,衰减率的计算结果可能与实际不符,进而导致预测未来的轨道高度、燃料等参数分析错误。
因此,为了准确计算出卫星的衰减率,需要提供一种中倾角低轨卫星的衰减率计算方法、系统、设备和介质,实现精确计算中倾角低轨卫星的衰减率。
在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本申请的背景的理解,因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。
发明内容
本发明主要目的是克服中倾角低轨卫星的衰减率计算不准确的问题,提供一种中倾角低轨卫星的衰减率计算方法、系统、设备和介质,实现精确计算中倾角低轨卫星的衰减率。
为实现上述的目的,本发明第一方面提供了一种中倾角低轨卫星的衰减率计算方法,包括以下步骤:
S1:获取中倾角低轨卫星在第一运动周期内的轨道平半长轴;
S2:根据第一运动周期的轨道平半长轴获取多个第二运动周期;多个第二运动周期之和小于或等于第一运动周期;
S3:拟合多个第二运动周期的轨道平半长轴得到多个轨道衰减公式;
S4:根据多个轨道衰减公式计算出中倾角低轨卫星平均每天的衰减量,即衰减率。
根据本发明一示例实施方式,步骤S1中,所述中倾角低轨卫星为轨道倾角大于或等于30度且小于或等于65度的低地球轨道卫星。
根据本发明一示例实施方式,所述低地球轨道卫星的轨道高度为200km至2000km。
根据本发明一示例实施方式,步骤S2中,所述根据第一运动周期的轨道平半长轴获取多个第二运动周期的方法包括:第一运动周期大于或等于180天,第一运动周期的轨道平半长轴呈上下波动且周期性衰减;每个衰减周期为一个第二运动周期。
根据本发明一示例实施方式,所述第二运动周期为30-40天。
根据本发明一示例实施方式,步骤S3中,所述拟合多个第二运动周期的轨道平半长轴得到多个轨道衰减公式的方法包括:
一个第二运动周期对应一个轨道衰减公式;
将每个轨道衰减公式拟合为一个一元一次方程。
作为本发明的第二个方面,本发明提供一种中倾角低轨卫星的衰减率计算系统,该系统可实现所述的中倾角低轨卫星的衰减率计算方法。
根据本发明一示例实施方式,所述中倾角低轨卫星的衰减率计算系统包括:轨道平半长轴获取模块、第二运动周期获取模块、衰减率公式拟合模块和平均衰减量计算模块;
轨道平半长轴获取模块用于获取中倾角低轨卫星在第一运动周期内的轨道平半长轴;
第二运动周期获取模块用于根据第一运动周期的轨道平半长轴获取多个第二运动周期;多个第二运动周期之和小于或等于第一运动周期;
衰减量公式拟合模块用于拟合多个第二运动周期的轨道平半长轴得到多个轨道衰减公式;
平均衰减量计算模块用于根据多个轨道衰减公式计算出中倾角低轨卫星平均每天的衰减量,即衰减率。
作为本发明的第三个方面,本发明提供一种电子设备,包括:
一个或多个处理器;
存储装置,用于存储一个或多个程序;
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时,使得所述一个或多个处理器实现所述的中倾角低轨卫星的衰减率计算方法。
作为本发明的第四个方面,本发明提供一种计算机可读介质,其上存储有计算机程序,所述程序被处理器执行时实现所述的中倾角低轨卫星的衰减率计算方法。
本方案根据中倾角低轨卫星周期性波动的规律,拟合出多个轨道衰减公式,再根据多个轨道衰减公式求出平均衰减量,进而求出衰减率,使得计算出的衰减率更为准确。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而,示例实施例能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的实施例;相反,提供这些实施例使得本申请将全面和完整,并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在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。
此外,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例中。在下面的描述中,提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而,本领域技术人员将意识到,可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多,或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下,不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体,不一定必须与物理上独立的实体相对应。即,可以采用软件形式来实现这些功能实体,或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体,或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明,不是必须包括所有的内容和操作/步骤,也不是必须按所描述的顺序执行。例如,有的操作/步骤还可以分解,而有的操作/步骤可以合并或部分合并,因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
应理解,虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件,但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此,下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本申请概念的教示。如本文中所使用,术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。
本领域技术人员可以理解,附图只是示例实施例的示意图,附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的,因此不能用于限制本申请的保护范围。
根据本发明的第一个具体实施方式,本发明提供一种中倾角低轨卫星的衰减率计算系统,如图1所示,包括:轨道平半长轴获取模块1、第二运动周期获取模块2、衰减率公式拟合模块3和平均衰减量计算模块4。
轨道平半长轴获取模块1用于获取中倾角低轨卫星在第一运动周期内的轨道平半长轴。
第二运动周期获取模块2用于根据第一运动周期的轨道平半长轴获取多个第二运动周期;多个第二运动周期之和小于或等于第一运动周期。
衰减量公式拟合模块3用于拟合多个第二运动周期的轨道平半长轴得到多个轨道衰减公式。
平均衰减量计算模块4用于根据多个轨道衰减公式计算出中倾角低轨卫星平均每天的衰减量,即衰减率。
通过中倾角低轨卫星的衰减率计算系统可以准确计算出中倾角低轨卫星的轨道衰减率。
根据本发明的第二个具体实施方式,本发明提供一种采用第一个具体实施方式的中倾角低轨卫星的衰减率计算系统的中倾角低轨卫星的衰减率计算方法,如图2所示,包括以下步骤:
S1:获取中倾角低轨卫星在第一运动周期内的轨道平半长轴。
中倾角低轨卫星为轨道倾角大于或等于30度且小于或等于65度的低地球轨道卫星。
低地球轨道卫星的轨道高度为200km至2000km。
卫星在轨道运行过程中会受到多种摄动力的影响,这些摄动力可能会导致轨道发生偏离和变化。常见的摄动力有地球非球形摄动力、日月引力、大气阻力、太阳光压、潮汐力等。卫星轨道的表示类型有瞬根和平根。瞬根是指卫星在某一时刻的轨道要素,描述了卫星在该时刻的位置和速度。平根是指对卫星轨道进行平均处理得到的平均要素,描述了卫星轨道的平均性质。平根与瞬根的差异在于考虑了摄动力对轨道的影响。由于平根消去短周期变化,只考虑长期变化项,反映了轨道的长期变化趋势,大大简化了轨道摄动分析,故经常使用平根来分析卫星的轨道情况。
轨道瞬根可由历元时刻、半长轴、偏心率、倾角、升交点赤经、近地点幅角、平近点角7个参数表示,轨道平根可由历元时刻、平半长轴、平偏心率、平倾角、平升交点赤经、平近地点幅角、平平近点角7个参数表示。轨道平半长轴是平根的一个参数。半长轴是卫星椭圆轨道的长轴的一半。
目前大多数的低轨卫星为中高倾角低轨卫星,不同倾角的低轨卫星由于受到各种摄动力不同程度的影响,轨道变化趋势也不同。
高倾角低轨卫星的倾角大于65度,如图3所示,图3根据所提供数据的时间进行制图,一分钟一个点,图3示出了高倾角低轨卫星轨道变化趋势图,横轴表示时间,单位为分,纵轴表示轨道平半长轴,单位为米。由图3可以看出,高倾角低轨卫星在100天内轨道呈线性趋势衰减。
本方案需要讨论的是中倾角低轨卫星,中倾角低轨卫星的倾角为30-65度,如图4所示,图4根据所提供数据的时间进行制图,一小时一个点,图4示出了中倾角低轨卫星轨道变化趋势图,横轴表示时间,单位为小时,纵轴表示轨道平半长轴,单位为米。由图4可以看出,中倾角低轨卫星由于受到地球非球形摄动力的影响较大,轨道平半长轴呈上下波动且具有周期性的衰减趋势,也就是说,轨道平半长轴整体呈下降趋势,具有周期性,每个周期为一个周期的波形。
图4为50度倾角的低轨卫星的轨道变化趋势图,图中分析了该卫星180天的轨道平半长轴变化情况,第一运动周期为180天。
S2:根据第一运动周期的轨道平半长轴获取多个第二运动周期;多个第二运动周期之和小于或等于第一运动周期。
根据第一运动周期的轨道平半长轴获取多个第二运动周期的方法包括:第一运动周期大于或等于180天,第一运动周期的轨道平半长轴呈上下波动且周期性衰减;每个衰减周期为一个第二运动周期。
第二运动周期为30-40天。
根据图4可以分析出,中倾角低轨卫星轨道变化是呈周期性的,将几个周期内轨道平半长轴拟合成一条线性递减直线并表示出直线公式,利用拟合结果得到的斜率、截距等信息进一步分析数据的特征和规律,计算出卫星每天的衰减情况即可求出衰减率。
中倾角低轨卫星平半长轴呈周期性变化,从图4的曲线中可得到几个极大值点(波峰),通过计算相邻极大值点对应的时间长度,即可估计出第二运动周期。第二运动周期的开始时刻任意,时长等于相邻波峰或相邻波谷之间的时间。
根据图4可以算出轨道平半长轴变化的周期(第二运动周期)为35天。
S3:拟合多个第二运动周期的轨道平半长轴得到多个轨道衰减公式。
拟合多个第二运动周期的轨道平半长轴得到多个轨道衰减公式的方法包括:
一个第二运动周期对应一个轨道衰减公式;
将每个轨道衰减公式拟合为一个一元一次方程。
拟合是指利用已知数据,建立一个数学模型或者函数,使该函数能够尽可能好地描述或“拟合”这些数据的变化趋势或特征。
用多个第二运动周期的数据(点之间的间隔时间越短越好),用一元一次函数拟合,得到衰减公式。
以图4为例,第二运动周期为4个,分别拟合1-4个第二运动周期的轨道平半长轴得到轨道衰减公式,轨道衰减公式为y=ax+b;其中,y为轨道平半长轴,单位为m,x为时间,单位为h;a和b为常数。
拟合得到的轨道衰减公式如表1所示:
表1
表1中,通过数据拟合出的轨道衰减公式,其中第一个轨道数据周期中,0.1962为衰减率,单位是m/h,即每小时衰减0.1962m,那么每天衰减0.1962×24≈4.7m,所以衰减率也可以为4.7m/day,也可以说每天的衰减量为4.7m。
如表1所示,根据轨道衰减公式计算出的中倾角低轨卫星平均每天的衰减量分别为4.7m、4.8m、4.7m和4.4m。
衰减率是单位时间内的衰减率,单位可以为 m/day、m/h等;
衰减量是一段时间的衰减情况,单位可以为m、 km等。
表示卫星轨道平半长轴的衰减率一般以天计算,本方案中,所需要求出的衰减率为每天的衰减量。
如果采用现有技术,直接拟合1-10天、1-20天、...、1-70天的轨道数据,如表2所示,在一段时间内计算出的卫星衰减率不稳定,不符合实际情况,计算出的结果不准确。
表2
可见,本方案根据中倾角低轨卫星周期性波动的规律,拟合出多个轨道衰减公式,再根据多个轨道衰减公式求出平均衰减量,进而求出衰减率,使得计算出的衰减率更为准确。
根据本发明的第三个具体实施方式,本发明提供一种电子设备,如图5所示,图5是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的框图。
下面参照图5来描述根据本申请的这种实施方式的电子设备500。图5显示的电子设备500仅仅是一个示例,不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图5所示,电子设备500以通用计算设备的形式表现。电子设备500的组件可以包括但不限于:至少一个处理单元510、至少一个存储单元520、连接不同系统组件(包括存储单元520和处理单元510)的总线530、显示单元540等。
其中,所述存储单元存储有程序代码,所述程序代码可以被所述处理单元510执行,使得所述处理单元510执行本说明书中描述的根据本申请各种示例性实施方式的步骤。例如,所述处理单元510可以执行第二个具体实施方式所示的步骤。
所述存储单元520可以包括易失性存储单元形式的可读介质,例如随机存取存储单元(RAM)5201和/或高速缓存存储单元5202,还可以进一步包括只读存储单元(ROM)5203。
所述存储单元520还可以包括具有一组(至少一个)程序模块5205的程序/实用工具5204,这样的程序模块5205包括但不限于:操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据,这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
总线530可以为表示几类总线结构中的一种或多种,包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
电子设备500也可以与一个或多个外部设备500’(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信,使得用户能与该电子设备500交互的设备通信,和/或该电子设备500能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口550进行。并且,电子设备500还可以通过网络适配器560与一个或者多个网络(例如局域网(LAN),广域网(WAN)和/或公共网络,例如因特网)通信。网络适配器560可以通过总线530与电子设备500的其它模块通信。应当明白,尽管图中未示出,可以结合电子设备500使用其它硬件和/或软件模块,包括但不限于:微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员易于理解,这里描述的示例实施方式可以通过软件实现,也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。
因此,根据本发明的第四个具体实施方式,本发明提供一种计算机可读介质。如图6所示,根据本发明实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来,该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM,U盘,移动硬盘等)中或网络上,包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行根据本发明实施方式的上述方法。
所述软件产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件,或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
所述计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号,其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式,包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质,该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输,包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等,或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码,所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等,还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中,远程计算设备可以通过任意种类的网络,包括局域网(LAN)或广域网(WAN),连接到用户计算设备,或者,可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序,当上述一个或者多个程序被一个该设备执行时,使得该计算机可读介质实现第二个实施方式的功能。
本领域技术人员可以理解上述各模块可以按照实施例的描述分布于装置中,也可以进行相应变化唯一不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块,也可以进一步拆分成多个子模块。
通过以上的实施例的描述,本领域的技术人员易于理解,这里描述的示例实施例可以通过软件实现,也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此,根据本发明实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来,该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM,U盘,移动硬盘等)中或网络上,包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等)执行根据本发明实施例的方法。
以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施例。应可理解的是,本发明不限于这里描述的详细结构、设置方式或实现方法;相反,本发明意图涵盖包含在所附权利要求的精神和范围内的各种修改和等效设置。