卫星星座设计介绍.ppt

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 1400kmN 12H 780kmN 19 经典轨道参数1 a 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2 i 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 sradius whereranduaretheorbit 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 6amviewofsun synchronousorbitfromabovetheNorthPole6amviewofsun 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 NASATDRSSsystemWalker星座 Motorola sIridiumconstellationT 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 quasihaloconstellationaroundtheL1Lagrangepoint L1isapointbetweenthesunandtheEarth roughly1 5millionkmawayfromEarthalongthesun Earthline whereEarth sungravitationbalanceswiththerotationalforcetoproducearelativeequilibrium WalkerConstellation 卫星数T 轨道数n 每轨道卫星数mm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 Starpattern2 Starpattern3 Deltapattern 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 AlthoughinterleavingandcarefulphasealignmentofplanesforcoverageisadoptedbyGlobalstartodecreasethenumberofsat