卫星星座设计介绍

卫星星座轨道设计介绍bspbsp星座设计基本理论A(h)：卫星脚印面积N：全球覆盖所需要的卫星数目例如：h=1400kmN12H=780kmN19经典轨道参数1a：半主轴e：偏心率v：trueanomaly真近点角，表示卫星在轨位置注：b为半短轴经典轨道参数2i：轨道面倾角：升节点经度：近地点角距注：x为春分线方向常见轨道圆形轨道–对称、易分析、匀速运动–但是由于地球旋转，轨道在地面的投射速率是不均匀的，在赤道处速率高于高纬度地区。–GEO、LEO、MEO高椭圆轨道(HEO:highlyellipticalorbit)–高偏心率，如前苏联的Molniyaorbit，周期12小时地球同步转移轨道（GTO：geosynchronoustransferorbit）–近地点200km左右，远地点为地球同步轨道高度–用于将卫星从LEO转移到GEO其它相关公式轨道周期：轨道能量istheEarth’sgravitationalparameter,398,601.2km3/sec2.aistheorbit’sradiuswhereranduaretheorbit’sinstantaneousradiusandvelocity.其它轨道定义1Periodicgroundtrackorbit.–GEO卫星，地面轨迹为一点；Moniya卫星，地面轨迹为U型–合理均衡nodalregression与地球旋转，保证地面轨迹经过若干轨道后能够回到初始位置Sun-synchronousorbit.–为观测行星，对同一纬度地区保持同样的光照条件–调整nodalregression，驱动轨道面与太阳onedeg/day的运动相匹配–往往为倾角大于90度的近极轨道（典型轨道倾角为100度，高度1000km左右）太阳同步轨道(a)6amviewofsun-synchronousorbitfromabovetheNorthPole(b)6amviewofsun-synchronousorbitfromthesun’sview.其它轨道定义2Ellipso-typeorbit.–主要用于城市商用通信–HEO：保证卫星在地球的白天部分尽可能长时间地逗留在服务城市上方，在地球的夜晚部分逗留时间最短–太阳同步轨道：保证基本在同一时间访问需要服务的城市–严格倾角：68.3度，保证近地点和远地点固定不变，远地点接近服务城市上方。基本星座类型圆轨道星座–GEO星座：NASATDRSSsystem–Walker星座：Motorola’sIridiumconstellation»T/P/F；Tisthetotalnumberofsatellites,Pisthenumberoforbitplanes,andFisthephasingparameter.（Thephase-angleoffsetisgivenby360F/TdegtoensureamoreoptimalpackingofEarth’scoveragecircles）–Streets-of-coverageconstellation»首先设计一个轨道面的覆盖域，然后复制轨道，直到全球覆盖异型星座编队飞行（formationflying)–TheideaistoputagroupofsatellitesinorbitaroundEarthandforcethemtoflyinageometricpatternsuchasatriangle.quasihaloconstellation–aroundtheL1Lagrangepoint.L1isapointbetweenthesunandtheEarth,roughly1.5millionkmawayfromEarthalongthesun-Earthline(whereEarth/sungravitationbalanceswiththerotationalforcetoproducearelativeequilibrium).WalkerConstellation卫星数T，轨道数n，每轨道卫星数m–m个卫星均匀分布在轨道面上,360/m–所有n个轨道面具有相同的倾角i(一般相对于赤道面）–轨道面的升节点均匀分布在赤道面上，360/n–不同轨道面卫星的相对位置关系：相邻轨道面的卫星经过其升节点的时间间隔相等Starpattern（极轨，近极轨）1Seam–单层星形网络–通过streetofcoverage设计覆盖域Seamless–双层极轨网络：地面每一点同时能看到两颗运行方向相反卫星。–可以用单向或双向的Manhattan网络表示、分析Starpattern2Starpattern3Deltapattern（倾斜轨道）1可以看作双层星形网络，但是所能覆盖的纬度带较窄。通过仔细设计可以保持永久星间链路。(torus环面拓扑，又称Balladrosette星座）Deltapattern2(torustopo)Deltapattern3concentratesontheboundsofmultiplesatellitevisibilitybyinterleavinglowinclinationmultipleplanescontainingfewsatellitesandusingcarefulphasingtofillinthegapsbetweensatellitefootprintsinthesameplane.AlthoughinterleavingandcarefulphasealignmentofplanesforcoverageisadoptedbyGlobalstartodecreasethenumberofsatellitesrequired,itplacessevereconstraintsoninter-satellitenetworking,星座性能衡量标准service-frequencyavailabilityGeometriccoverage