对月球空间无缝覆盖的拉格朗日导航星座及其构建方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及两种导航星座及其构建方法，具体设及两种对月球空间无缝覆盖的拉 格朗日导航星座及其构建方法，属于物理领域。
【背景技术】
[0002] 随着国际上深空探测活动的日益加热，卫星导航的用户对象也开始进一步向深空 目标拓展。虽然已有的卫星导航系统能够实现对近地目标的实时、高精度、全方位导航，但 其对深空用户的覆盖特性及导航性能却仍存在无法规避的不足。为了满足深空探测任务的 导航需求，一系列新型卫星导航系统和自主导航技术应运而生，例如：月球GI^导航系统、深 空探测器自主天文导航技术等。作为地一月系重要的动力学平衡点一一拉格朗日点，在其 附近布置导航卫星，构建导航星座，具有重要和实际的科学研究价值，并有其独有的优越 性。
【发明内容】
[0003] 本发明的目的在于提供两种拉格朗日导航星座及其构建方法，该两种拉格朗日导 航星座能够实现对月球空间的无缝覆盖，从而可W为月球探测器提供连续的导航信息。
[0004] 为了实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：
[000引一种对月球空间无缝覆盖的拉格朗日Ξ星导航星座，其特征在于，由Ξ颗拉格朗 日导航星构成，前述Ξ颗拉格朗日导航星分别位于Ξ条周期轨道上，前述Ξ条周期轨道分 别为：
[0006] 在地一月系平动点L2附近构建的第一周期轨道、
[0007] 在地一月系平动点L4附近构建的第二周期轨道、
[000引在地一月系平动点Ls附近构建的第Ξ周期轨道，
[0009] 前述第一周期轨道的类型为化1〇轨道、平面Lyapunov轨道和垂直Lyapunov轨道中 的任意一种，其中，化1〇轨道的垂直平面振幅AhsIo含27km，平面Lyapunov轨道的平面内振幅 Apl。6128虹1，垂直Lyapunov轨道的垂直平面振幅Avl < 35km;
[0010] 前述第二周期轨道的类型为平面长周期轨道、平面短周期轨道和垂直周期轨道中 的任意一种，其中，平面长周期轨道的长周期振幅Alp < 38440km，平面短周期轨道的短周期 振幅Asp。6880虹1，垂直周期轨道的垂直平面振幅Avp。47虹1;
[0011] 前述第Ξ周期轨道的类型为平面长周期轨道、平面短周期轨道和垂直周期轨道中 的任意一种，其中，平面长周期轨道的长周期振幅Alp < 38440km，平面短周期轨道的短周期 振幅Asp。6880虹1，垂直周期轨道的垂直平面振幅Avp。92虹1;
[0012] 前述Ξ颗拉格朗日导航星之间无任何相位差的限制。
[0013] 前述的Ξ星导航星座，其特征在于，前述Ξ星导航星座的构型为下列构型中的任 意一种：
[0014]
ο
[0016] -种对月球空间无缝覆盖的拉格朗日四星导航星座，其特征在于，由四颗拉格朗 日导航星构成，前述四颗拉格朗日导航星分别位于四条周期轨道上，前述四条周期轨道分 别为：
[0017]在地一月系平动点L2附近构建的第一周期轨道、
[001引在地一月系平动点L4附近构建的第二周期轨道、
[0019] 在地一月系平动点Ls附近构建的第Ξ周期轨道、
[0020] 在地一月系平动点。附近构建的第四周期轨道，
[0021 ] 前述第一周期轨道的类型为化1〇轨道、平面Lyapunov轨道和垂直Lyapunov轨道中 的任意一种，其中，化1〇轨道的垂直平面振幅AHaio < 18km，平面Lyapunov轨道的平面内振幅 Apl。1225虹1，垂直Lyapunov轨道的垂直平面振幅Avl < 26km;
[0022] 前述第二周期轨道的类型为垂直周期轨道，前述垂直周期轨道的垂直平面振幅AvP <148km；
[0023] 前述第Ξ周期轨道的类型为垂直周期轨道，前述垂直周期轨道的垂直平面振幅AvP <148km；
[0024] 前述第四周期轨道的类型为化Ιο轨道、平面Lyapunov轨道和垂直Lyapunov轨道中 的任意一种，其中，化1〇轨道的垂直平面振幅AHaio < 11603km，平面Lyapunov轨道的平面内 振幅Apl ^ 5801km，垂直Lyapunov轨道的垂直平面振幅Avl ^ 8702km;
[0025] 前述四颗拉格朗日导航星之间无任何相位差的限制。
[0026] 前述的四星导航星座，其特征在于，前述四星导航星座的构型为下列构型中的任 意一种：
[0027]
[002引
ο：
[0029] -种构建前述对月球空间无缝覆盖的拉格朗日Ξ星导航星座的方法，其特征在 于，包括W下步骤：
[0030] 一、对于给定轨道半径范围和轨道倾角范围的环月轨道，计算环月轨道在地一月 系质屯、会合坐标系下的环月球面，得到所要求覆盖的区域；
[0031] 二、选取地一月系平动点L2、地一月系平动点L4和地一月系平动点Ls，在各自的附 近构建周期轨道：
[0032] 在地一月系平动点L2附近构建的周期轨道为第一周期轨道，其为化1〇轨道、平面 Lyapunov轨道和垂直Lyapunov轨道中的任意一种，其中，化1〇轨道的垂直平面振幅AHaio < 27km，平面Lyapunov轨道的平面内振幅Apl含16128km，垂直Lyapunov轨道的垂直平面振幅 A化 < 35km;
[0033] 在地一月系平动点L4附近构建的周期轨道为第二周期轨道，其为平面长周期轨 道、平面短周期轨道和垂直周期轨道中的任意一种，其中，平面长周期轨道的长周期振幅Alp < 38440km，平面短周期轨道的短周期振幅Asp含76880km，垂直周期轨道的垂直平面振幅AvP <147km；
[0034] 在地一月系平动点Ls附近构建的周期轨道为第Ξ周期轨道，其为平面长周期轨 道、平面短周期轨道和垂直周期轨道中的任意一种，其中，平面长周期轨道的长周期振幅Alp < 38440km，平面短周期轨道的短周期振幅Asp含76880km，垂直周期轨道的垂直平面振幅AvP <192km；
[0035] Ξ、对于已经构造出的周期轨道，计算得到各周期轨道对环月球面的持续覆盖范 围；
[0036] 四、输出满足全覆盖性能要求的候选构型。
[0037] 前述的构建方法，其特征在于，在步骤一中，采用如下公式表示环月球面：
[003引
[0039] 式中，μ为月球在地一月系Ξ体系统下的约化质量，r/为归一化单位下的圆轨道半 径，α和β分别为月球上某点的经度和缔度。
[0040] -种构建前述对月球空间无缝覆盖的拉格朗日四星导航星座的方法，其特征在 于，包括W下步骤：
[0041] -、对于给定轨道半径范围和轨道倾角范围的环月轨道，计算环月轨道在地一月 系质屯、会合坐标系下的环月球面，得到所要求覆盖的区域；
[0042] 二、选取地一月系平动点^、地一月系平动点L2、地一月系平动点L4和地一月系平 动点Ls，在各自的附近构建周期轨道：
[0043] 在地一月系平动点L2附近构建的周期轨道为第一周期轨道，其为化1〇轨道、平面 Lyapunov轨道和垂直Lyapunov轨道中的任意一种，其中，化1〇轨道的垂直平面振幅AHaio < 18km，平面Lyapunov轨道的平面内振幅Apl含11225km，垂直Lyapunov轨道的垂直平面振幅 A化 < 26km;
[0044] 在地一月系平动点L4附近构建的周期轨道为第二周期轨道，其为垂直周期轨道， 前述垂直周期轨道的垂直平面振幅AvP ^ 148km;
[004引在地一月系平动点Ls附近构建的周期轨道为第Ξ周期轨道，其为垂直周期轨道， 前述垂直周期轨道的垂直平面振幅AvP ^ 148km;
[0046] 在地一月系平动点^附近构建的周期轨道为第四周期轨道，其为化1〇轨道、平面 Lyapunov轨道和垂直Lyapunov轨道中的任意一种，其中，化1〇轨道的垂直平面振幅AHaio < 11603km，平面Lyapunov轨道的平面内振幅Apl含5801km，垂直Lyapun