基于快速響應衛(wèi)星的敏捷軌道實現(xiàn)方法和系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種基于快速響應衛(wèi)星的敏捷軌道實現(xiàn)方法，屬于航空航天技術領 域，用于敏捷軌道的設計，有助于提高快速戰(zhàn)術情報支援能力，在局部地區(qū)沖突中確?？臻g 信息優(yōu)勢。
【背景技術】
[0002] 進入21世紀以后，人類越來越重視來之不易的和平社會環(huán)境，發(fā)生全球性世界大 戰(zhàn)的可行性越來越小。但是，仍然有少數(shù)國家和地區(qū)存在發(fā)生區(qū)域沖突的可能。為了在局部 沖突中確保空間信息優(yōu)勢，對快速區(qū)域戰(zhàn)術情報需求越來越迫切。小衛(wèi)星相比于大衛(wèi)星在 戰(zhàn)術上具有更大的價值，小衛(wèi)星可以對軍事感興趣的地區(qū)進行長期監(jiān)視，特別是對于難以 預測的突發(fā)事件，可以提供情報、偵察、監(jiān)視和通信，保障未來戰(zhàn)場態(tài)勢感知和快速戰(zhàn)術情 報支援。快速響應衛(wèi)星(簡稱，快響衛(wèi)星)是一種低成本的小衛(wèi)星，該衛(wèi)星能夠在幾天甚至是 幾個小時內發(fā)射入軌，并形成作戰(zhàn)能力。
[0003] 美國著名的0RS計劃就是形成這種快速戰(zhàn)術情報支援能力的新型太空系統(tǒng)的代 表。2002年美國空軍航天司令部(AFSPC)和美國航空航天局(NASA)就開始了有關快速響應 太空系統(tǒng)的相關研究，并于2007年正式成立了0RS辦公室。0RS計劃主要圍繞低成本、靈活 性、快速響應能力發(fā)展，實現(xiàn)在全球范圍內快速有效地與敵方交戰(zhàn)，通過空間信息系統(tǒng)向戰(zhàn) 區(qū)指揮官提供實時的戰(zhàn)場態(tài)勢感知能力，并將空間能力集成于各種武器裝備上以及作戰(zhàn)人 員，以支持聯(lián)合作戰(zhàn)。美國在先后發(fā)射了多顆試驗型快速響應衛(wèi)星一TacSat的基礎上，2011 年6月28日，成功發(fā)射第一顆作戰(zhàn)型快速響應衛(wèi)星一0RS-1，并為美軍提供了大量的伊拉克 和阿富汗地區(qū)的戰(zhàn)場圖像。
[0004] 空間快速響應的應用范圍很廣，可以為對地覆蓋、空間防御和天基支援等多個領 域提供服務。由于快速響應任務特性的限制，要求快速響應軌道具有快速響應能力、對局部 地區(qū)的良好覆蓋能力、較低的進入成本和較高的地面覆蓋率?？焖夙憫壍滥軌蛟谳^短時 間內將衛(wèi)星送入預定軌道，實現(xiàn)對衛(wèi)星或星座的快速部署。同時，它還能對局部地區(qū)提供長 時間、周期性或持續(xù)覆蓋，以滿足具體的快速響應任務需求。由于要求具備較快的響應能 力，空間快速響應主要局限于中低軌衛(wèi)星。0RS系列衛(wèi)星設計就是運行在低軌道（350~ 705km)和中軌道（近地點520km，遠地點7825km)，軌道傾角為低軌（0~98.7° )和中軌 (63.4°)〇
[0005] 衛(wèi)星軌道的快速響應特性和對地覆蓋特性是快速響應軌道設計中最關心的問題， 傳統(tǒng)軌道設計過程關注衛(wèi)星對地覆蓋性能的長期穩(wěn)定性和全球覆蓋能力，快速響應任務的 軌道設計則更關注衛(wèi)星的快速響應能力、對局部地區(qū)的覆蓋能力和任務的低成本。快速響 應軌道最重要的特性就是具備快速響應能力，軌道設計過程就是通過優(yōu)化軌道高度、響應 方式等將響應時間減到最小。本發(fā)明提出的技術旨在解決傳統(tǒng)軌道與快響任務不適的情 況，給出一種根據發(fā)射點和目標點的位置條件，結合快速響應時間約束的軌道解析設計方 法，稱為敏捷軌道。

【發(fā)明內容】

[0006] 本發(fā)明針對地區(qū)沖突中對快速響應衛(wèi)星所提供的戰(zhàn)術情報的需求越來越迫切，根 據快速響應衛(wèi)星的發(fā)射點和目標點的位置條件，結合快速響應時間約束，提出了一種基于 快速響應衛(wèi)星的敏捷軌道實現(xiàn)方法，并通過典型任務仿真，驗證了方法的可行性、易操作性 和實用性。
[0007] 本發(fā)明提供了一種基于快速響應衛(wèi)星的敏捷軌道實現(xiàn)方法，包括：
[0008] 步驟一、根據衛(wèi)星偵察的目標區(qū)域確定快速響應衛(wèi)星的相關衛(wèi)星參數(shù)；
[0009] 步驟二、根據步驟一中所述衛(wèi)星參數(shù)，對快速響應衛(wèi)星的敏捷軌道進行建模；
[0010] 步驟三、計算得到所述敏捷軌道的軌道傾角和升交點經度。
[0011] 步驟一中，根據衛(wèi)星偵察的目標區(qū)域確定快速響應衛(wèi)星的相關衛(wèi)星參數(shù)，包括：
[0012] 確定發(fā)射點地理坐標；
[0013] 確定目標區(qū)域的地理坐標；
[0014] 確定響應時間；
[0015] 確定快速響應衛(wèi)星的工作軌道高度。
[0016] 所述確定發(fā)射點地理坐標，包括利用北斗導航系統(tǒng)確定發(fā)射點地理坐標；
[0017] 所述確定目標區(qū)域的地理坐標，包括利用偵察衛(wèi)星確定目標區(qū)域的地理坐標；
[0018] 所述確定響應時間，包括根據任務需求確定響應時間；
[0019] 所述確定快速響應衛(wèi)星的工作軌道高度，包括根據快速響應衛(wèi)星的載荷確定快速 響應衛(wèi)星的工作軌道高度。
[0020] 所述地理坐標，包括地理經度和地理煒度。
[0021] 步驟二中，根據步驟一中所述衛(wèi)星參數(shù)，對快速響應衛(wèi)星的敏捷軌道進行建模，包 括：
[0022] 根據軌道高度確定軌道周期；
[0023] 根據響應時間和軌道周期確定時間約束條件；
[0024] 根據發(fā)射點和目標區(qū)域的地理坐標，結合球面三角五元素公式和時間約束條件構 建軌道模型。
[0025]步驟三中，計算得到所述敏捷軌道的軌道傾角和升交點經度，包括：
[0026] 根據模型推導出軌道傾角、升交點經度與步驟一、步驟二中參數(shù)關系，依據此關系 來求解敏捷軌道的軌道傾角和升交點經度。
[0027] 步驟三中，所述的軌道傾角為軌道面與赤道面的夾角；
[0028]所述的升交點經度，為第一圈次，快響衛(wèi)星升交點的地理經度。
[0029]基于快速響應衛(wèi)星的敏捷軌道系統(tǒng)，使用所述的基于快速響應衛(wèi)星的敏捷軌道實 現(xiàn)方法。
[0030] 所述的基于快速響應衛(wèi)星的敏捷軌道系統(tǒng)，包括：
[0031] 偵察衛(wèi)星，用于確定目標區(qū)域的地理坐標；
[0032] 接收機，用于接收北斗導航系統(tǒng)的地理坐標信息；
[0033] 系統(tǒng)主機，用于與所述接收機和所述偵察衛(wèi)星對接，接收相關的數(shù)據并計算。
[0034]本發(fā)明針對地區(qū)沖突中對快速響應衛(wèi)星所提供的戰(zhàn)術情報的需求越來越迫切，根 據快速響應衛(wèi)星的發(fā)射點和目標點的位置條件，結合快速響應時間約束，提出了一種敏捷 軌道的解析設計方法，并通過典型任務仿真，驗證了方法的可行性、易操作性和實用性。
【附圖說明】
[0035]下面依據附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0036]圖1是敏捷軌道的天球投影圖。
[0037]圖2是當圈提供服務的敏捷軌道示意圖。
[0038]圖3是第3圈提供服務的敏捷軌道示意圖。
[0039]圖4是本發(fā)明的流程圖。
[0040] 圖5是球面三角五元素公式參考模型示意圖。
【具體實施方式】
[0041] 如圖1-5所示，本發(fā)明針對地區(qū)沖突中對快速響應衛(wèi)星所提供的戰(zhàn)術情報的需求 越來越迫切，根據快速響應衛(wèi)星的發(fā)射點和目標點的位置條件，結合快速響應時間約束，提 出了一種敏捷軌道的解析設計方法，并通過典型任務仿真，驗證了方法的可行性、易操作性 和實用性。
[0042] 本發(fā)明提供了一種敏捷軌道的解析設計方法，包括：
[0043]步驟一、確定相關參數(shù)；
[0044] 步驟二、對敏捷軌道進行建模；
[0045] 步驟三、求解敏捷軌道的軌道傾角和升交點經度；
[0046] 步驟一中，所述確定相關參數(shù)，包括:利用北斗導航系統(tǒng)確定發(fā)射點地理坐標;利 用偵察衛(wèi)星確定目標區(qū)域的地理坐標;根據任務需求確定響應時間；根據衛(wèi)星載荷類型確 定衛(wèi)星工作軌道高度。
[0047] 步驟二中，所述對敏捷軌道進行建模，包括:根據軌道高度確定軌道周期;根據響 應時間和軌道周期確定時間約束條件;根據發(fā)射點和目標區(qū)域的地理坐標，結合相鄰五元 素公式和時間約束條件構建軌道模型。
[0048]步驟三中，所述求解敏捷軌道的軌道傾角和升交點經度，包括:根據模型推導出軌 道傾角、升交點經度與步驟一、步驟二中參數(shù)關系，依據此關系來求解敏捷軌道的軌道傾角