考慮星座分階段部署以及星座備份策略，結(jié)合導(dǎo)航星座設(shè)計(jì) 各個(gè)階段需要考慮的因素，可以設(shè)計(jì)出滿足用戶需求、星座性能優(yōu)、衛(wèi)星數(shù)目少、而且與現(xiàn) 有GNSS具有較好兼容互操作能力的導(dǎo)航星座。
[0162] 以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人 員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤(rùn)飾，這些改進(jìn)和潤(rùn)飾也應(yīng) 視本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種導(dǎo)航衛(wèi)星星座的工程設(shè)計(jì)方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1 :確定衛(wèi)星軌道高度； 步驟2 :以步驟1確定的衛(wèi)星軌道高度作為已知值，確定衛(wèi)星軌道傾角； 步驟3 :確定衛(wèi)星數(shù)量； 計(jì)算不同衛(wèi)星數(shù)量下最優(yōu)構(gòu)型的roop可用性，以構(gòu)型roop值可用性作為優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)， 選擇導(dǎo)航性能優(yōu)于設(shè)定值的衛(wèi)星數(shù)量；在導(dǎo)航性能相當(dāng)?shù)那闆r下，選擇數(shù)量最少的衛(wèi)星數(shù) 量； 步驟4 :確定軌道面數(shù)與相位因子； 以步驟3確定的衛(wèi)星數(shù)量為已知值，計(jì)算不同軌道面數(shù)與相位因子下構(gòu)型的roop可用 性，以構(gòu)型roop值可用性作為優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)，選擇導(dǎo)航性能最優(yōu)的軌道面數(shù)與相位因子； 步驟5:確定初始升交點(diǎn)赤經(jīng)； S5. 1，計(jì)算現(xiàn)有GNSS星座構(gòu)型的軌道面進(jìn)動(dòng)速度； S5. 2,根據(jù)現(xiàn)有GNSS的某一時(shí)刻第一軌道面的升交點(diǎn)赤經(jīng)，計(jì)算得到發(fā)射時(shí)刻設(shè)計(jì)星 座的初始升交點(diǎn)赤經(jīng)，以獲得與現(xiàn)有GNSS最優(yōu)的兼容互操作能力； 步驟6 :判斷用戶是否有采用GE0衛(wèi)星進(jìn)行區(qū)域增強(qiáng)的設(shè)計(jì)需求，如果沒有，則直接轉(zhuǎn) 到步驟8 ;如果有，則執(zhí)行步驟7 ; 步驟7,在確定GE0衛(wèi)星數(shù)量的前提下，優(yōu)化GE0衛(wèi)星的站位，以構(gòu)型的覆蓋性能作為優(yōu) 選標(biāo)準(zhǔn)，選擇覆蓋性能最優(yōu)的GE0衛(wèi)星站位；其中，考慮國際談判可用性確定GE0衛(wèi)星的軌 位頻率；然后轉(zhuǎn)到步驟8; 步驟8,判斷用戶是否有采用IGS0衛(wèi)星進(jìn)行區(qū)域增強(qiáng)的設(shè)計(jì)需求，如果沒有，則直接轉(zhuǎn) 到步驟9 ;如果有，則執(zhí)行S8. 1-S8. 2 ; S8. 1，根據(jù)用戶需求，選定IGS0衛(wèi)星的軌道傾角、軌道偏心率和升交點(diǎn)地理經(jīng)度； S8. 2,以覆蓋性能、星間鏈路性能最優(yōu)為優(yōu)化目標(biāo)，優(yōu)化S8. 1所選定的IGS0衛(wèi)星的相 位角，進(jìn)而確定IGS0衛(wèi)星的軌道面；其中，考慮國際談判可用性確定IGS0衛(wèi)星的軌位頻 率； 步驟9 :制定星座分階段部署策略； 首先，明確運(yùn)載火箭的發(fā)射能力；其次，以構(gòu)型roop值可用性作為優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)，以服務(wù)區(qū) 的性能提升最優(yōu)為優(yōu)化目標(biāo)，確定組網(wǎng)順序和衛(wèi)星站位，得到星座分階段部署策略； 步驟10 :制定星座備份策略，包括星座組網(wǎng)階段備份策略和星座運(yùn)行階段備份策略； 其中，星座組網(wǎng)階段備份策略通過以下方法獲得： 首先考慮運(yùn)載火箭的發(fā)射成功率；其次，根據(jù)步驟9制定的星座分階段部署策略，計(jì)算 不同備份方式下的組網(wǎng)成功概率；最后，根據(jù)組網(wǎng)成功概率標(biāo)準(zhǔn)，優(yōu)化各種備份策略，得到 最終制定得到的組網(wǎng)階段備份策略； 星座運(yùn)行階段備份策略通過以下方法獲得： 首先，確定邊界約束條件，包括衛(wèi)星可靠性、可恢復(fù)故障平均間隔、可恢復(fù)故障平均修 復(fù)時(shí)間、衛(wèi)星操作維持平均間隔以及衛(wèi)星操作維持平均持續(xù)時(shí)間因素； 其次，以所確定的邊界約束條件為變量建立星座可用性模型，分別制定星座運(yùn)行階段 的地面?zhèn)浞莶呗院驮谲墏浞莶呗浴?. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)航衛(wèi)星星座的工程設(shè)計(jì)方法，其特征在于， 步驟1 :確定衛(wèi)星軌道高度具體包括以下步驟： S1. 1，根據(jù)空間輻射環(huán)境影響篩選備選軌道，得到符合設(shè)定軌道高度范圍的第一備選 軌道集合； S1. 2,根據(jù)軌道回歸特性和避免共振軌道要求對(duì)SI. 1得到的第一備選軌道集合進(jìn)一 步篩選，得到可選擇的第二備選軌道集合； S1. 3,從S1. 2得到的第二備選軌道集合中排除現(xiàn)有GNSS系統(tǒng)已經(jīng)使用的軌道，并考慮 與現(xiàn)有GNSS系統(tǒng)的兼容性，得到可選擇的與現(xiàn)有GNSS系統(tǒng)兼容的第三備選軌道集合； S1. 4,假定Walker星座其它參數(shù)，以構(gòu)型HXP值可用性作為優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)，從所述第三備 選軌道集合中選擇導(dǎo)航性能優(yōu)于設(shè)定值的第四軌道集合；再從第四軌道集合中選擇回歸天 數(shù)最少的軌道，則所選擇的回歸天數(shù)最少的軌道高度值即為最終確定的衛(wèi)星軌道高度。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的導(dǎo)航衛(wèi)星星座的工程設(shè)計(jì)方法，其特征在于，S1.1中，空 間福射環(huán)境影響包括：地球福射帶范艾倫帶、內(nèi)福射帶h e [2000, 8000] km和外福射帶 h e [15000, 20000]km ;為避免范艾倫帶的干擾，SI. 1所確定的第一備選軌道集合中，各衛(wèi) 星軌道高度大于20000km。 51. 2中，ME0衛(wèi)星選擇回歸周期大于5恒星日，以符合避免田諧項(xiàng)的共振影響的要求。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)航衛(wèi)星星座的工程設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟2 :確定衛(wèi) 星軌道傾角，包括以下步驟： 52. 1，根據(jù)用戶服務(wù)區(qū)緯度的需求，選定第一軌道傾角范圍； S2. 2,基于步驟1確定的軌道高度，對(duì)第一軌道傾角范圍按預(yù)設(shè)間隔進(jìn)行遍歷，以構(gòu)型 roop值可用性作為優(yōu)選標(biāo)準(zhǔn)，得到導(dǎo)航性能高于設(shè)定值的第二軌道傾角范圍； S2. 3,分別計(jì)算第二軌道傾角范圍內(nèi)的各個(gè)軌道傾角下軌道面的進(jìn)動(dòng)速度，并考慮與 現(xiàn)有GNSS系統(tǒng)的兼容性，選擇與現(xiàn)有GNSS系統(tǒng)兼容性最優(yōu)的軌道傾角。5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的導(dǎo)航衛(wèi)星星座的工程設(shè)計(jì)方法，其特征在于，S2. 3中，各個(gè)軌 道傾角下軌道面的進(jìn)動(dòng)速度通過以下公式計(jì)算得到：Ω一星座軌道面進(jìn)動(dòng)速度； η-星座軌道上衛(wèi)星的角速度； 了2-地球非球形攝動(dòng)的二階帶諧項(xiàng)系數(shù)J2 = 1. 0826 X 10-3 ; e一星座軌道上衛(wèi)星的偏心率； Ιζ-地球半徑； a-星座軌道上衛(wèi)星的軌道高度，為步驟1確定的軌道高度； i一星座軌道上衛(wèi)星的軌道傾角。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)航衛(wèi)星星座的工程設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟3中，構(gòu)型 roop值可用性通過以下公式計(jì)算得到：CV - PDOP值可用性； t〇 一仿真初始時(shí)間； ΔΤ-仿真總時(shí)間； L一網(wǎng)格點(diǎn)的總數(shù)； PD0PM-t時(shí)刻i網(wǎng)格點(diǎn)的PD0P值； ro〇p_-預(yù)先定義的roop值的最大值； area；一i網(wǎng)格點(diǎn)的面積； Area一總服務(wù)區(qū)面積。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)航衛(wèi)星星座的工程設(shè)計(jì)方法，其特征在于，步驟5中，與 GPS互操作性能最優(yōu)的初始升交點(diǎn)赤經(jīng)的通過以下公式計(jì)算得到：QdmigM-設(shè)計(jì)星座的初始升交點(diǎn)赤經(jīng)； Qsps+GPS星座的第一軌道面的升交點(diǎn)赤經(jīng) ?eps+GPS星座的第一軌道面的進(jìn)動(dòng)速度，單位：° /天； t一選擇設(shè)計(jì)星座初始升交點(diǎn)赤經(jīng)時(shí)刻的儒略日； ?\一選擇GPS星座第一軌道面升交點(diǎn)赤經(jīng)時(shí)刻的儒略日； Nsps-GPS星座的軌道面； Ndesign一設(shè)計(jì)星座的軌道面。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的導(dǎo)航衛(wèi)星星座的工程設(shè)計(jì)方法，其特征在于，S8. 2中，優(yōu)化 S8. 1所選定的IGS0衛(wèi)星的相位角，具體為： 利用VC驅(qū)動(dòng)STK計(jì)算不同衛(wèi)星的星間鏈路性能、統(tǒng)計(jì)服務(wù)區(qū)的roop可用性，運(yùn)用 isight軟件調(diào)用VC驅(qū)動(dòng)STK計(jì)算軟件的可執(zhí)行程序，以覆蓋性能、星間鏈路性能最優(yōu)作為 優(yōu)化目標(biāo)，采用自適應(yīng)模擬退火算法，優(yōu)化IGS0衛(wèi)星的相位角。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種導(dǎo)航衛(wèi)星星座的工程設(shè)計(jì)方法，包括以下步驟：確定衛(wèi)星軌道高度；確定衛(wèi)星軌道傾角；確定衛(wèi)星數(shù)量；確定軌道面數(shù)與相位因子；確定初始升交點(diǎn)赤經(jīng)；判斷用戶是否有采用GEO衛(wèi)星進(jìn)行區(qū)域增強(qiáng)的設(shè)計(jì)需求，如有，則優(yōu)化GEO衛(wèi)星的站位；判斷用戶是否有采用IGSO衛(wèi)星進(jìn)行區(qū)域增強(qiáng)的設(shè)計(jì)需求，如有，則優(yōu)化IGSO衛(wèi)星的相位角，進(jìn)而確定IGSO衛(wèi)星的軌道面；制定星座分階段部署策略；制定星座備份策略，包括星座組網(wǎng)階段備份策略和星座運(yùn)行階段備份策略。按照本發(fā)明設(shè)計(jì)方法，能夠設(shè)計(jì)出滿足用戶需求、星座性能優(yōu)、衛(wèi)星數(shù)目少、而且與現(xiàn)有GNSS具有較好兼容互操作能力的導(dǎo)航星座。
【IPC分類】G06F17/50
【公開號(hào)】CN105335541
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201410395841
【發(fā)明人】胡敏, 范麗, 王兆魁, 楊雪榕, 蔣超
【申請(qǐng)人】中國人民解放軍裝備學(xué)院
【公開日】2016年2月17日
【申請(qǐng)日】2014年8月12日