[发明专利]一种实现柔性覆盖全球通信星座的设计方法

说明书

本发明提出了一种实现柔性覆盖全球通信星座的设计方法，结构算法简单，能够根据等效为椭球体地球的长半径和短半径、卫星高度、以及最小观测角，快速计算空天地一体化星座架构中卫星星座上卫星环数量和卫星环上卫星个数；同时本发明设计方法也可以根据所要求的覆盖区域重叠占覆盖面积的比例，对通信卫星星座进行设计，从而实现通信卫星星座全球的柔性覆盖，保障通信的实时性和传输效率，满足高时敏、多任务协同等多样性信息服务要求。

技术领域

本发明属于空天地一体化信息网络体系构架技术领域，具体涉及一种实现柔性覆盖全球通信星座的设计方法。

背景技术

现有的通信星座设计方法，通常是用若干颗卫星均匀分布在同一轨道上组成一个卫星环，然再用若干卫星环组成卫星网，即最终所需的星座。

在同一轨道上等间隔放置k颗卫星组成一个卫星环，当k足够大时，相邻卫星Si和Si+1的覆盖区将产生重叠，如图1所示。

相邻星下点角距l为：l＝360°/k。

当卫星的覆盖角dl/2时，则相邻卫星的覆盖区有重叠。重叠部分的宽度为d_r，则

只有当d180°/k才有意义。以d_r为宽度的卫星覆盖带内的任一地点任何时刻至少能看到环内的一颗卫星。

在图2中，过升交点N做垂直卫星轨道的大圆弧，其上P_L点距离升交点90°。左盲区的边界是以P_L为中心，90°-d_r为半径的小圆，则左盲区的赤纬范围δ_Lmin～δ_Lmax，可得：

根据对称性，从图2可得右盲区的赤纬范围δ_Rmin～δ_Rmax，满足

如果P个卫星环，则在任一地点任一时刻至少可看到网内P-1颗星。为了使盲区不重叠，采用以下设计方法。

维度方向不重叠的要求：

90°-d_r≤i≤d_r

若卫星由P个环等间隔组成，各环升交点相距360°/P。则每环左(或右)盲区所占的经度范围不超过360°/P，则盲区不重叠。因此经度方向的盲区不重叠的条件为：

现有技术只能根据盲区不重叠的条件得到星座的设计方法。在盲区不重叠的条件下，无法得到卫星最小重叠覆盖比例。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种实现柔性覆盖全球通信星座的设计方法，简化计算方法，并且能实现通信卫星星座全球的柔性覆盖。

一种实现柔性覆盖全球通信星座的设计方法，包括如下步骤：

第一步、计算星座中每个卫星覆盖面积，具体为：

设卫星某时刻的瞬时高度为h，记卫星最小观测角为θ，对应覆盖角记为β，地球半径为r，则根据正弦定律得到：

化简得到：

覆盖区球冠底面半径r′为：

r′＝rsinβ

覆盖区面积为：

S＝2πr²(1-cosβ)