一种综合考虑对地观测及临边探测覆盖性的星座设计方法与流程

本发明涉及星座设计，尤其涉及一种综合考虑对地观测及临边探测覆盖性的星座设计方法。

背景技术：

1、近年来，卫星在农业、海洋、气象、国防等领域发挥着重要作用。覆盖性是衡量卫星性能的重要指标，由于单颗卫星的覆盖能力有限，需通过多颗卫星构成星座来提升整体的覆盖性。除对地观测外，临近空间目标探测、星光导航等任务对星座的临边探测能力也提出了需求，因此，卫星星座的设计需要同时考虑对地观测覆盖性、临边探测覆盖性等指标。

2、现有技术中，针对对地观测覆盖性的星座设计方法已较为成熟，针对卫星临边探测方式下星座最小规模设计也提出了相关设计方法，但是缺少同时考虑对地观测覆盖性以及临边探测覆盖性的最优星座设计方法，仍需进一步深入研究。

3、因此，鉴于现有技术中星座设计无法同时满足对于对地观测及临边探测覆盖性的需求，需要发展综合考虑对地观测及临边探测覆盖性的最优星座设计方法。

技术实现思路

1、本发明提供了一种综合考虑对地观测及临边探测覆盖性的星座设计方法，能够解决现有技术中星座设计无法同时满足对于对地观测及临边探测覆盖性的需求的技术问题。

2、根据本发明的一方面，提供了一种综合考虑对地观测及临边探测覆盖性的星座设计方法，所述方法包括：

3、s10、基于当前星座构型和当前星座构型中某一星座参数获取各个卫星的空间位置；

4、s20、对目标区域进行网格划分，得到多个网格点；其中，目标区域包括对地观测区域和临边探测区域；

5、s30、基于各个卫星的空间位置和各个网格点的位置判断每个卫星对每个网格点的可见性，得到每个网格点的覆盖重数；

6、s40、基于每个网格点的覆盖重数获取当前星座构型在当前星座参数下目标区域的覆盖能力；

7、s50、判断是否完成当前星座构型下的所有星座参数的遍历，若是，转至s60，否则，重复s10-s50对下一星座参数进行遍历；

8、s60、判断是否完成所有星座构型的遍历，若是，将所有遍历结果中目标区域的覆盖能力最大值对应的星座构型和星座参数作为最优星座，否则，重复s10-s60对下一星座构型进行遍历。

9、优选的，基于当前星座构型和当前星座构型中某一星座参数获取各个卫星的空间位置包括：

10、假设当前星座为walker星座，walker星座构型为n/p/f，其中n为卫星总数，p为轨道面数，f为相位因子，f＝0,1,...,p-1；

11、获取星座中各条轨道面的升交点赤经和星座中各条轨道面内各个卫星的近地点幅角；

12、基于星座中各条轨道面的升交点赤经、星座中各条轨道面内各个卫星的近地点幅角和卫星轨道倾角获取各个卫星的经纬度；

13、基于各个卫星的经纬度和各个卫星的轨道高度得到各个卫星在地固系中的三维坐标，从而得到各个卫星的空间位置。

14、优选的，通过下式获取星座中各条轨道面的升交点赤经：

15、

16、通过下式获取星座中各条轨道面内各个卫星的近地点幅角：

17、

18、通过下式获取各个卫星的经纬度：

19、latitude＝sin-1(sin(u)·sin(i))；

20、

21、longitude＝ω+δlongitude；

22、通过下式获取各个卫星在地固系中的三维坐标：

23、x＝h·cos(latitude)·cos(longitude)；

24、y＝h·cos(latitude)·sin(longitude)；

25、z＝h·sin(latitude)；

26、式中，ω为第l条轨道面的升交点赤经，ω0为第一条轨道面的升交点赤经，u为第l条轨道面内第j颗卫星的近地点幅角，u0为第一条轨道面内第一颗卫星的近地点幅角，latitude为卫星的纬度，i为轨道倾角，mod(u,360)为u除以360所得的余数，δlongitude为卫星的经度与升交点赤经的经度差，longitude为卫星的经度，h为卫星的轨道高度，x为卫星在地固系中的x轴坐标，y为卫星在地固系中的y轴坐标，z为卫星在地固系中的z轴坐标。

27、优选的，对目标区域进行网格划分，得到多个网格点包括：

28、将目标区域沿高度方向等间隔划分；

29、对每个高度层进行网格划分，得到多个网格点。

30、优选的，对每个高度层进行网格划分，得到多个网格点包括：利用等经纬度间隔的划分方法对每个高度层进行网格划分，得到多个网格点。

31、优选的，对每个高度层进行网格划分，得到多个网格点包括：利用网格面积相同的划分方法对每个高度层进行网格划分，得到多个网格点。

32、优选的，基于各个卫星的空间位置和各个网格点的位置判断每个卫星对每个网格点的可见性包括：

33、s31、判断当前卫星与当前网格点之间的距离是否小于探测距离，若是，转至s32，否则，转至s35；

34、s32、判断当前网格点属于对地观测区域还是临边探测区域，若当前网格点属于对地观测区域，转至s33，若当前网格点属于临边探测区域，转至s34；

35、s33、判断当前网格点的视场角是否小于对地观测传感器的最大视场角，若是，当前网格点能被当前卫星看到，否则，转至s35；

36、s34、判断当前网格点的视场角是否大于临边探测传感器视场下边缘对应的视场角，若是，当前网格点能被当前卫星看到，否则，转至s35；

37、s35、当前网格点不能被当前卫星看到；

38、s36、重复s31-s35，直至完成所有卫星和所有网格点的遍历。

39、优选的，基于每个网格点的覆盖重数获取当前星座构型在当前星座参数下目标区域的覆盖能力包括：

40、基于每个网格点的覆盖重数获取当前星座构型在当前星座参数下目标区域的m重覆盖比例，其中，m＝1,2,...，m，m为最大覆盖重数；

41、基于目标区域的m重覆盖比例获取当前星座构型在当前星座参数下目标区域的覆盖能力。

42、优选的，通过下式获取当前星座构型在当前星座参数下目标区域的覆盖能力：

43、

44、式中，cov为目标区域的覆盖能力，percent_covm为目标区域的m重覆盖比例，km为m重覆盖比例的权重因子。

45、根据本发明的另一方面，提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述任一所述方法。

46、应用本发明的技术方案，通过设计选取满足性能指标的最优星座，能够同时兼顾对地观测及临边探测的覆盖性要求，满足覆盖比例、覆盖重数等多种覆盖性指标，满足星座的任意重覆盖性能，并且能够根据对地观测及临边探测的重要性调整相对权重，实现星座成本最低。本发明的设计方法计算简单，运算量小，实施方便。