一种用于航空器监测的星座优化方法和装置制造方法及图纸

本申请提出一种用于航空器监测的星座优化方法和装置，涉及卫星星座设计技术领域，所述方法包括：生成航空器飞行的时空特征点；根据所述特征点确定满足航空器监测任务特点的星座回归周期设计；根据卫星间的可视判别条件以及星间距离和卫星相对速度的约束条件确定星间链路；对所述航空器飞行任务的覆盖性能进行计算。基于航空器飞行的任务特点，在充分分析航路地理上的不均衡性和时间上的涨落特性，提出了航空器飞行监测的区域星座优化方法，包括星座覆盖性能的优化和星座成本优化，使星座系统对所有航空器的监测性能均得到充分发挥。对于后续航空器飞行监测任务，基于本发明专利技术可以实现星座系统的快速构建、优化设计。

【技术实现步骤摘要】
一种用于航空器监测的星座优化方法和装置
本专利技术涉及卫星星座设计
，具体涉及一种用于航空器监测的星座优化方法和装置。
技术介绍
航空器如飞机是各种交通运输工具中较为快捷、迅速的一种，因此成为备受人们喜欢和优先考虑的先进交通运输方式。随着我国经济的不断快速发展，航空器在国民经济和社会发展中起着越来越重要的作用。航空器运营最为重要的宗旨就是“安全、维护空中交通持续和加速空中交通活动”。我国是一个幅员辽阔、自然灾害较多、国际和国内安全及治安任务很重的国家，受制于地理条件和经济条件的约束，地面通信网只覆盖了国土面积的约15％，仅仅依靠传统的“黑匣子”或低空通信链路技术无法满足航空器大范围远程监测的任务需要。当前航空器飞行期间主要利用飞机通信寻址与报告系统(ACARS，AircraftCommunicationsAddressingandReportingSystem)实现通信，最为主要的是靠甚高频(VHF，VeryHighFrequency)空地通信系统。但由于VHF雷达的覆盖区域范围限制，存在海洋、沙漠及山区等监控盲区，雷达视距限制等诸多限制因素。归结起来，主要存在以下主要问题：(1)甚高频通信主要是视距传播，通信范围只限于视距范围之内，通信距离受到很大限制。(2)高频通信虽然可以做到超视距传输，但是受电离层不稳定因素影响较大，不能提供稳定可靠的通信链路，可靠性差。(3)高频和甚高频的频谱资源限制较大，影响无线通信能力的增强。(4)受地面场站分布的限制，山区、大洋及荒漠等地区无法实现通信实时覆盖。单纯依靠已有的地面移动通信网络还远远不能满足大范围移动航空器的通信需求，尤其是在人类活动较少的乡村地区、沙漠、远离岸边的海洋、岛屿以及极区，由于地理条件和经济成本等客观因素的影响而导致缺乏地面基站而无法满足基本的通信要求。2009年法航AF447航班在大西洋上空失事和2014年马航MH370航班失踪事件，无不引发了国际航空界对利用现代通信卫星技术替代传统黑匣子或低空数据链进行实时飞行通信的思考。国外星座系统发展起步较早，已建成“铱星”、“海事卫星”以及“全球星”等多个大型星座系统，部分星座能够提供针对航空器的卫星通信服务，但由于已建成的星座系统均不是针对航空器飞行任务需求设计，因此，结合大流量航空数据通信需求，建立适应航空交通运行规律，满足航空器交通运行实践的星座系统具有极其重要的意义。
技术实现思路
本专利技术提供一种用于航空器监测的星座优化方法和装置，实现航空器远程监测飞行任务的星座优化设计。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采取的技术方案如下：第一方面，本专利技术提供一种用于航空器监测的星座优化方法，包括：生成航空器飞行的时空特征点；根据所述特征点确定满足航空器监测任务特点的星座回归周期设计；根据卫星间的可视判别条件以及星间距离和卫星相对速度的约束条件确定星间链路；对所述航空器飞行任务的覆盖性能进行计算。优选地，所述的方法还包括：根据航空器飞行任务的覆盖特性以及星座系统自身成本与设计任务需求比较，根据比较结果确定是否调整星座参数，不满足则调整星座参数重复步骤S101至S104，直到满足任务需求为止。优选地，所述的方法还包括：根据卫星数量、轨道面数、轨道高度计算星座系统的成本。优选地，生成航空器飞行的特征点包括：根据所述航天器飞行的时间和位置信息确定航空器飞行的四维特征点。优选地，对所述航空器飞行任务的覆盖性能进行计算包括：根据所述航空器飞行期间的空间和时间的变化关系，计算星座对所述航空器飞行期间的覆盖性能的约束条件；确定星座监测的最大覆盖间隙和覆盖百分比表达式；计算星座系统对航空器飞行期间的覆盖性能指标。优选地，所述覆盖性能指标包括以下至少之一：每条航线最大覆盖间隙、每条航线平均覆盖率、所有航线最大覆盖间隙、所有航线平均覆盖率。第二方面，本专利技术还提供一种用于航空器监测的星座优化装置，包括：特征模块，设置为生成航空器飞行的时空特征点；周期模块，设置为根据所述特征点确定满足航空器监测任务特点的星座回归周期设计；约束模块，设置为根据卫星间的可视判别条件以及星间距离和卫星相对速度的约束条件确定星间链路；覆盖模块，设置为对所述航空器飞行任务的覆盖性能进行计算。优选地，所述的装置还包括：调整模块，设置为根据航空器飞行任务的覆盖特性以及星座系统自身成本与设计任务需求比较，根据比较结果确定是否调整星座参数。优选地，所述的装置还包括：成本模块，设置为根据卫星数量、轨道面数、轨道高度计算星座系统的成本。优选地，所述特征模块生成航空器飞行的特征点包括：根据所述航天器飞行的时间和位置信息确定航空器飞行的四维特征点。优选地，所述覆盖模块对所述航空器飞行任务的覆盖性能进行计算包括：根据所述航空器飞行期间的空间和时间的变化关系，计算星座对所述航空器飞行期间的覆盖性能的约束条件；确定星座监测的最大覆盖间隙和覆盖百分比表达式；计算星座系统对航空器飞行期间的覆盖性能指标。本专利技术和现有技术相比，具有如下有益效果：本专利技术的技术方案，基于航空器飞行的任务特点，在充分分析航路地理上的不均衡性和时间上的涨落特性，提出了航空器飞行监测的区域星座优化方法，包括星座覆盖性能的优化和星座成本优化，使星座系统对所有航空器的监测性能均得到充分发挥。对于后续航空器飞行监测任务，基于本专利技术可以实现星座系统的快速构建、优化设计。附图说明图1为本专利技术实施例的一种用于航空器监测的星座优化方法的流程图；图2为本专利技术实施例的一种用于航空器监测的星座优化装置的结构示意图；图3为本专利技术实施例1的不同高度和卫星数量的星座对航空器最大覆盖间隙性能示意图；图4为本专利技术实施例1的不同高度和卫星数量的星座对航空器的平均覆盖间隙性能示意图。具体实施方式为使本专利技术的专利技术目的、技术方案和有益效果更加清楚明了，下面结合附图对本专利技术的实施例进行说明，需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例和实施例中的特征可以相互任意组合。如图1所示，本专利技术实施例提供一种用于航空器监测的星座优化方法，包括：S101、生成航空器飞行的时空特征点；S102、根据所述特征点确定满足航空器监测任务特点的星座回归周期设计；S103、根据卫星间的可视判别条件以及星间距离和卫星相对速度的约束条件确定星间链路；S104、对所述航空器飞行任务的覆盖性能进行计算。本专利技术实施例提供的用于航空器监测的星座优化方法，适用于星座系统，服务的对象是航空器。针对拟定给出的航空器(即飞机)飞行路线，有针对性的设计服务于航空器监测的星座系统，并进行优化。本专利技术实施例利用星座系统监测航空器，对于移动通信网络、基站、雷达部署不全面的越洋飞行任务和跨海飞行任务尤为重要和有意义。本专利技术实施例针对拟定航空器(即飞机)的飞行路线，利用步骤S101生成飞行路线的特征点，为步骤S104中星座对航空器航线飞行期间的覆盖计算提供数据。步骤S102结合航空器远程监测任务需求，设计星座的轨道参数。步骤S103根据可视条件确定星间链路。步骤S104星座覆盖性能评估是对飞机飞行期间的特征点覆盖情况统计。本专利技术实施例计算并统计周期期间各采样时间采样特征点的覆盖情况。所述的方法还包括：根据航空器飞行任务的覆盖特性以及星座系统自身成本与设计任务需求比较，根据比较结果确定是否调整星座本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于航空器监测的星座优化方法，其特征在于，包括：生成航空器飞行的时空特征点；根据所述特征点确定满足航空器监测任务特点的星座回归周期设计；根据卫星间的可视判别条件以及星间距离和卫星相对速度的约束条件确定星间链路；对所述航空器飞行任务的覆盖性能进行计算。

【技术特征摘要】
1.一种用于航空器监测的星座优化方法，其特征在于，包括：生成航空器飞行的时空特征点；根据所述特征点确定满足航空器监测任务特点的星座回归周期设计；根据卫星间的可视判别条件以及星间距离和卫星相对速度的约束条件确定星间链路；对所述航空器飞行任务的覆盖性能进行计算。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括：根据航空器飞行任务的覆盖特性以及星座系统自身成本与设计任务需求比较，根据比较结果确定是否调整星座参数，不满足则调整星座参数重复步骤S101至S104，直到满足任务需求为止。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于：还包括：根据卫星数量、轨道面数、轨道高度计算星座系统的成本。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于：生成航空器飞行的特征点包括：根据所述航天器飞行的时间和位置信息确定航空器飞行的四维特征点。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于：对所述航空器飞行任务的覆盖性能进行计算包括：根据所述航空器飞行期间的空间和时间的变化关系，计算星座对所述航空器飞行期间的覆盖性能的约束条件；确定星座监测的最大覆盖间隙和覆盖百分比表达式；计算星座系统对航空器飞行期间的覆盖性能指标。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于：所述覆盖性能指标包括以下至少之一：每条航线最大覆盖间隙、每条航线平...

【专利技术属性】
技术研发人员：王兆魁，张雷，蒋超，徐韵，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京,11