一种共位式卫星编队的构造方法技术

本发明专利技术公开了一种共位式卫星编队的构造方法，属于卫星编队技术领域，该卫星编队包括第一卫星和第二卫星共两卫星，以解决如何提高地球静止轨道所能容纳的卫星数量的技术问题。该共位式卫星编队的构造方法包括：构建卫星编队的模型，所述卫星编队包括分别位于地球静止轨道面的南侧和北侧且相对静止的第一卫星和第二卫星；设定卫星编队的初始参数组；结合所设定的初始参数组和所构建的模型，确定所述卫星编队中第一卫星和第二卫星的空间分布。

【技术实现步骤摘要】
一种共位式卫星编队的构造方法
本专利技术涉及卫星编队
，具体地说，涉及一种共位式卫星编队的构造方法。
技术介绍
理想的地球静止轨道(GeostationaryOrbit，简称GEO)是高度为35786km的圆轨道，轨道周期等于地球在惯性空间的自转周期(23h56min4s)，且方向与地球自转方向一致。地球静止轨道的倾角为零，位于静止轨道内的卫星在地球赤道上空运行，卫星的星下点位置静止不动。实际中的静止轨道卫星，由于受到地球非球形摄动、日月摄动、太阳光压等摄动，卫星的静止轨道倾角、偏心率、轨道周期都会发生微小变化。从地面观察时，会发现卫星沿着东西经度方向或南北纬度方向漂移。GEO卫星相对于地面应用端的方位角、倾角几乎不变，便于星地通信和跟踪，且能够覆盖约43％的地球表面，易于连续观测和提供服务，使其成为迄今为止利用最多的一种卫星轨道。目前，静止轨道环内运行着众多用于通信、数据中继、广播电视、预警、气象、遥感的卫星。地球静止轨道是仅有一条的珍稀轨道，其轨道位置及无线频率资源是极其有限的。根据相关空间组织出于防碰撞、防干扰等要求，工程上将地球静止轨道划分出一定数量的星位。考虑到典型的GEO卫星的定点精度为±0.1°，因此，理论上GEO轨道最多能容纳1800(＝360°/0.2°)颗卫星。然而自1963年第一颗GEO卫星发射升空以来，GEO轨道上的卫星逐年增多，截止到2010年4月，地球静止轨道上已经有多达1220个卫星，其中只有505个处于正常工作状态。据预测，到2050年，静止轨道卫星将达到2236颗左右，届时静止轨道将变得非常拥挤，尤其是东经75°和西经105°度的上空。与此同时，地球静止轨道环内存在大量的碎片(可观测到的有1200多个)，这些空间碎片占据了宝贵的轨道资源，不仅造成了资源浪费，而且严重威胁在轨卫星的生存及未来静止轨道任务的实施。尽管计算得到的在轨卫星的碰撞概率约为10-5，但在2009年2月11日发生的美国依星系列33号卫星(IRIDIUM33)与俄罗斯宇宙系列2251号卫星(COSMOS2251)的相撞事件，导致这两颗卫星损毁。据欧洲航天局(EuropeanSpaceAgency，简称ESA)预测，若不采取有效的清除轨道垃圾的措施，到2030年左右，卫星的碰撞概率将升至3.7％，即每25颗正常卫星中将会有一颗与不受控物体相碰。因此，为了保证地球静止轨道的可持续利用，地球静止轨道环内卫星的数量及其安全性的提高是刻不容缓的。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种共位式卫星编队的构造方法，以解决如何提高地球静止轨道所能容纳的卫星数量的技术问题。本专利技术提供了一种共位式卫星编队的构造方法，该方法包括：构建卫星编队的模型，所述卫星编队包括分别位于地球静止轨道面的南侧和北侧且相对静止的第一卫星和第二卫星；设定卫星编队的初始参数组；结合所设定的初始参数组和所构建的模型，确定所述卫星编队中第一卫星和第二卫星的空间分布。其中，初始参数组包括第一卫星的质量、第二卫星的质量、第一卫星与地心的距离和卫星编队的角速度。其中，初始参数组包括第一卫星的质量、第一卫星与地心的距离、第二卫星与地心的距离和卫星编队的角速度。其中，结合所设定的初始参数组和所构建的模型，确定所述卫星编队中第一卫星和第二卫星的空间分布包括：结合所设定的初始参数组和所构建的模型，确定所述卫星编队中第一卫星和地心的连线与地轴的夹角、第一卫星与地心的连线和第二卫星与地心的连线之间的夹角、第一卫星和第二卫星之间的相互作用力、以及第一卫星和第二卫星之间的距离，从而确定所述卫星编队中第一卫星和第二卫星的空间分布。其中，所述卫星编队的角速度与地球自转角速度相等。其中，所述卫星编队中，第一卫星、第二卫星与地心的距离均不等于地球静止轨道的半径。其中，所述卫星编队中，其中一颗卫星与地心的距离小于地球静止轨道的半径，另一颗卫星与地心的距离大于地球静止轨道的半径。其中，所述卫星编队中，第一卫星与第二卫星的质量不相等。其中，所述卫星编队中，第一卫星和第二卫星的相对位置恒定不变，相对距离恒定不变，两卫星连线的指向恒定不变。本专利技术带来了以下有益效果：本专利技术实施例所提出的构造南北共位式的地球静止轨道卫星编队的方式，与传统地球静止轨道东西共位式卫星编队相比具有明显的优势，一定程度上减少了位于地球静止轨道上的卫星之间发生碰撞的可能性，增加了地球静止轨道所能容纳卫星的数量，是一种解决地球静止轨道资源稀缺与冲突的新途径。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要的附图做简单的介绍：图1是本专利技术实施例提供的构造南北共位式卫星编队的的流程框图；图2是本专利技术实施例构建的平面外卫星编队模型的示意图；图3是本专利技术实施例构建的平面外卫星编队的数学描述与分析示意图；图4是本专利技术实施例提供的平面外卫星编队的飞行轨迹图。具体实施方式以下将结合附图及实施例来详细说明本专利技术的实施方式，借此对本专利技术如何应用技术手段来解决技术问题，并达成技术效果的实现过程能充分理解并据以实施。需要说明的是，只要不构成冲突，本专利技术中的各个实施例以及各实施例中的各个特征可以相互结合，所形成的技术方案均在本专利技术的保护范围之内。面对地球静止轨道日益缺乏的资源导致的碰撞危害及临星干扰等严峻威胁，除了制定各种法规来保护静止轨道的可持续利用外，科学家们提出了多卫星共位技术，来增加同一星位上所能容纳卫星的数量。同一星位上的多颗卫星组称做共享星位式静止轨道卫星群(Co-locatedGeostationarySatellites)，其成员卫星间的相对运动需要协调控制，使彼此按一定的安全距离分离开来。通常有经度分离、偏心率分离、偏心率与倾角综合的分离思想。在地球静止轨道系内，相对运动轨迹为空间椭圆或“8”字形轨道。类似以上技术，本专利技术实施例提供了一种共位式卫星编队的新的构造方法，其主要思想如图1中所示，卫星编队的构造过程包括如下三个环节：环节S101、构建卫星编队的模型，卫星编队包括分别位于地球静止轨道面的南侧和北侧且相对静止的第一卫星和第二卫星。传统卫星编队中，各卫星在地球施加的中心引力作用下，彼此独立地在轨道上运行。如果卫星与卫星之间存在相互作用的内力，那么，两颗卫星之间的运动就是相互耦合的。在两卫星连线方向上的编队内力的作用下，卫星编队可获得多种相对静止的编队构形，其中，两卫星连线位于卫星轨道平面外的编队构形被称为平面外构形，对应的编队称作平面外编队。本专利技术实施例中的地球静止轨道面即为地球静止轨道所在的平面。在本专利技术实施例中，构建如图2所示的地球静止轨道面外的编队模型。其中，令O点为引力场中心(相当于地心)和惯性系(标记为N)的原点，两个卫星质量分别为m1和m2，两个卫星在该惯性系N中的位置矢量分别为R1和R2。从第二卫星(标记为C2)到第一卫星(标记为C1)的相对位置矢量为L＝R1-R2，显然，相对位置矢量L位于两卫星的轨道平面外。除地球施加的地心引力外，第一卫星C1还受到来自第二卫星C2施加的编队本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种共位式卫星编队的构造方法，其特征在于，包括：构建卫星编队的模型，所述卫星编队包括分别位于地球静止轨道面的南侧和北侧且相对静止的第一卫星和第二卫星；设定卫星编队的初始参数组；结合所设定的初始参数组和所构建的模型，确定所述卫星编队中第一卫星和第二卫星的空间分布。

【技术特征摘要】
1.一种共位式卫星编队的构造方法，其特征在于，包括：构建卫星编队的模型，所述卫星编队包括分别位于地球静止轨道面的南侧和北侧且相对静止的第一卫星和第二卫星；设定卫星编队的初始参数组；结合所设定的初始参数组和所构建的模型，确定所述卫星编队中第一卫星和地心的连线与地轴的夹角、第一卫星与地心的连线和第二卫星与地心的连线之间的夹角、第一卫星和第二卫星之间的相互作用力、以及第一卫星和第二卫星之间的距离，从而确定所述卫星编队中第一卫星和第二卫星的空间分布。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，初始参数组包括第一卫星的质量、第二卫星的质量、第一卫星与地心的距离和卫星编队的角速度。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，初始参数组包括第一卫星的质量、第一卫星与...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩潮，石永康，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11