低轨卫星倾斜轨道设计及优化.pdf

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1、上海航天AEROSPACESHAN(jHAI2010年第3期文章编号：1006—1630(2010)03—0026一04低轨卫星倾斜轨道设计及优化魏占新，王强，姚建(上海卫星工程研究所，上海200240)摘要：根据有效载荷性能和任务需求对低轨卫星的倾斜回归圆轨道设计进行了研究，以升交点赤经为参数，对1个回归周期内特定目标的覆盖性能指标进行了优化。算例表明：卫星对地面目标点的覆盖率可达0．9775。如需对多个目标点或目标区域进行观测，可在此基础上增加目标点再作优化设计，以获得最佳覆盖性能。关键词：低轨卫星；星下点；地心角；升交点；轨道优化中图分类号：V4l2．4l文献标示码：AThe

2、OrbitDesignandOptimazationforLowEarthOrbitSatelliteWEIZhan—xin，WANGQiang，YA0Jian(ShanghaiInstituteofSatelliteEngineering，Shanghai200240，China)Abstract：AccordingtOtheperformanceofthepayloadandmissionrequirement，theinclinationregressioncircularorbitdesignoflowerearthorbitsatellitewasstudiedinthi

3、spaper．Thecoverageforcertainobjectinoneregressioncyclewasoptimizedwhenthelongitudeofascendingnodeoptimalwasservedastheparameter．TheexampleshowedthatthecoverageofthesatellitetOthegroundpointofthetargetwas0．9775．IftheobservationtOtheseveraltargetpointsortargetareawasrequired，theoptimizationwould

4、bedonetOgaintheoptimalcoveragewhilethetargetpointswereaddedintheoptimization．Keywords：Lowearthorbitsatellite；Satellitegroundtrack；Geocentricangle；Ascendingnode；Orbitoptimiza—tion0引言轨道设计是卫星系统设计的基础。卫星轨道可由半长轴a、偏心率P、轨道倾角i、升交点赤经n、近地点幅角03和真近点角，共6个轨道要素确定。其中：i，n确定轨道平面在空间的取向；∞确定轨道在轨道平面的取向；a，e确定轨道的大小和形状

5、；f确定空间飞行器的轨道位置。由于轨道要素的特定选择，运行于某些轨道的卫星具有特殊性质。如太阳同步轨道，轨道面与平太阳间的夹角保持不变，可保证卫星星下点地方时在每个轨道周期内重复；回归轨道，其卫星星下点轨迹经一定时间后又重新回到原先通过的路线。通过轨道设计，一条轨道可同时满足太阳同步轨道和回归轨道的特性。为保持与收藕日期：200803—12；修回日期：20080507作者简介：魏占新(1982)．女，硕士生，主要研究方向为星座轨道设计。地球公转的角速度相同，运行于太阳同步轨道的卫星，其轨道倾角须大于90。，轨道倾角小于90。的被称为倾斜轨道。一旦降交点地方时确定后，太阳同步轨道卫星

6、访问的某地面点太阳光照角基本保持不变，而倾斜轨道却能在不同地面光照角下访问同一地面点。因此，对载荷为可见光相机的卫星来说，选择太阳同步轨道可保证对地面点访问时的太阳高度角，从而保证成像质量；但对电子载荷来说，因其不受夜间无太阳光的限制，选择倾斜轨道可在不同的时间段(包括夜间)对地面进行观测。运行于回归轨道的卫星，其星下点轨迹定期的重复性可保证对特定区域的定期观察。地球观测卫星通过侦察载荷获取地面的光及电磁波信息，记录或通过无线电传输回地面，其轨道一般较低，且需对地面进行全时域观测，故选择低轨倾斜回归轨道更有利。为此，本文对低轨卫星倾斜轨道的设计和优化进行研究。2010年第3期魏占新

7、．等：低轨卫星倾斜轨道设计及优化1回归轨道初步设计1．1轨道参数初步选择低轨地球观测卫星因载荷性能限制，轨道高度一般为数百公里，且对全球范围的近地观测宜选择圆轨道(e—o)。对圆轨道，近地点幅角cc，并无意义，它与，共同决定卫星在轨道上的位置，相位角“一叫+f。卫星的轨道倾角由观测区域的纬度范围和有效载荷的视场角共同确定。卫星对地覆盖如图1所示。载荷以视场角2口对地面观测，其覆盖幅宽为2L，覆盖地心角为2口。在△AOS中，据正弦定理有sinAsin口⋯丽一百5(1)A