一种采用卫星星座的高速航空器定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及航空器定位技术领域，尤其涉及一种采用卫星星座的高速航空器定位 方法。
【背景技术】
[0002] 随着时空效能要求的不断提高，对超音速高速航空器的定位需求日益迫切。现有 GPS导航系统在某种程度上是可以满足该高动态定位需求的。GPS导航系统由三部分组成： 空间部分一GPS星座；地面控制部分一地面监控系统；用户设备部分一GPS信号接收机。GPS 导航系统由24颗卫星组成，其中，工作卫星21颗，备用卫星3颗，平均分布在6个轨道上， 每个轨道4颗卫星。但是，目前还未有独立于GPS导航系统以外的、能够满足在高动态环境 下高速航空器的定位需求的应急且经济的定位系统。
[0003] 在对高动态定位的研宄中，设计、开发独立于GPS导航系统以外的、采用较少卫星 且能够满足在高动态环境下高速航空器的定位需求的定位系统，是目前亟需解决的技术问 题。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于，提供一种采用卫星星座的高速航空器定位方法，采用较少卫 星以满足在高动态环境下高速航空器的定位需求、且不依赖于GPS导航系统。
[0005] 为实现上述目的，本发明提供了一种采用卫星星座的高速航空器定位方法，包括 如下步骤：（1)采用包括8颗卫星的倾斜轨道卫星星座或太阳同步轨道卫星星座进行定位； (2)设置所述8颗卫星的星上波束角为±60、卫星姿态采用对地心指向；（3)设置所述8颗 卫星的卫星轨道高度相同，均为400km-600km轨道高度。
[0006] 本发明的优点在于：采用包括8颗卫星的倾斜轨道卫星星座或太阳同步轨道卫星 星座均能满足对高速航空器进行定位的目标，实现了独立于GPS导航系统以外、采用较少 卫星即能实现对高动态环境下高速航空器的定位需求，满足应急定位需求且具备良好的经 济性。
【附图说明】
[0007] 图1，本发明采用卫星星座的高速航空器定位方法的流程图；
[0008] 图2, 2年内600km轨道高度衰减示意图；
[0009] 图3, 2年内500km轨道高度衰减示意图；
[0010] 图4,400km轨道高度衰减示意图。
【具体实施方式】
[0011] 下面结合附图对本发明提供的采用卫星星座的高速航空器定位方法做详细说明。
[0012] 本发明在对高速航空器进行定位研宄时，提出了一组独立于GPS导航系统以外的 卫星星座定位方法。参考图1，本发明采用卫星星座的高速航空器定位方法的流程图。所 述定位方法包括如下步骤：Sll :采用包括8颗卫星的倾斜轨道卫星星座或太阳同步轨道卫 星星座进行定位；S12 :设置所述8颗卫星的星上波束角为±60、卫星姿态采用对地心指向； S13 :设置所述8颗卫星的卫星轨道高度相同，均为400km-600km轨道高度。
[0013] 在采用包括8颗卫星的太阳同步轨道卫星星座进行定位时，作为可选的实施方 式，所述太阳同步轨道卫星星座的所述8颗卫星分布在2个相互垂直的轨道面上，同一个轨 道面上相邻卫星相位角相差1度；一轨道面上4颗卫星的太阳同步轨道降交点地方时为6 : 30,另一轨道面上4颗卫星的太阳同步轨道降交点地方时为12 :00。
[0014] 在采用包括8颗卫星的太阳同步轨道卫星星座进行定位时，作为另一可选的实施 方式，所述太阳同步轨道卫星星座的所述8颗卫星分布在1个轨道面上；所述8颗卫星平分 成2组，同一组内相邻卫星相位角相差1度，两组卫星相位角相差180度；所述8颗卫星的 太阳同步轨道降交点地方时为6 :30。
[0015] 在采用包括8颗卫星的倾斜轨道卫星星座进行定位时，作为可选的实施方式，所 述倾斜轨道卫星星座的所述8颗卫星分布在2个在空间均匀分布的轨道面上；同一个轨道 面上相邻卫星相位角相差1度；所述8颗卫星的轨道倾角相同，均为40度-55度之间。
[0016] 以下结合附图及表格，对本发明提出的独立于GPS导航系统以外的，采用较少卫 星（8颗）的卫星星座定位方法对目标区域的覆盖性能进行仿真，以验证本发明提供的卫星 星座定位方法对高速航空器进行定位的有效性。以下仿真以对某空域高速航空器进行定位 为目标，仿真时取高速航空器飞行高度为40km左右，东经约89度，北炜约41度，飞行航迹 长度约400km。
[0017] 首先进行星座卫星轨道衰减仿真，分别对400km、500km、600km轨道高度的卫星轨 道稳定性进行了仿真，仿真时取大气阻力面质比为〇. 〇〇5m2/kg，光压面质比0. 04m2/kg。仿 真结果如图2-4所示，其中，图2为2年内600km轨道高度衰减示意图；图3为2年内500km 轨道高度衰减示意图；图4为400km轨道高度衰减示意图。从图2的高度衰减曲线可以看 出：2年内，600km轨道高度下降约8km。从图3的高度衰减曲线可以看出：2年内，500km轨 道高度下降约44km。从图4的高度衰减曲线可以看出：400km轨道高度星座卫星，经过约 266天后，将下降约227km，此后，将迅速进入大气层坠落。
[0018] 从上述轨道高度衰减仿真结果来看，600km轨道高度衰减最小，500km衰减次之， 400km衰减比较厉害。再考虑到星座卫星与40km高度的高速航空器的之间链路应尽量短， 以减少链路损耗，作为优选的实施方式，本发明所述的卫星星座定位方法中，所述8颗卫星 的卫星轨道高度为500km轨道高度。
[0019] 以下分别进行太阳同步轨道、倾斜轨道这两种情况星座覆盖特性仿真，仿真时，选 取卫星轨道高度为500km轨道高度。
[0020] 首先对采用包括8颗卫星的太阳同步轨道卫星星座的覆盖特性进行仿真。
[0021] 太阳同步轨道卫星星座实施方式一：所述太阳同步轨道卫星星座的所述8颗卫星 分布在2个相互垂直的轨道面上，同一个轨道面上相邻卫星相位角相差1度，即120km(对 于500km高度卫星而言）；一轨道面上4颗卫星的太阳同步轨道降交点地方时为6 :30,另一 轨道面上4颗卫星的太阳同步轨道降交点地方时为12 :00。太阳同步轨道卫星星座实施方 式一的卫星对指定区域的重访时间如表1所示，太阳同步轨道卫星星座实施方式一的卫星 对低空目标持续观测时间如表2所示。
[0022]
【主权项】
1. 一种采用卫星星座的高速航空器定位方法，其特征在于，包括如下步骤： (1) 采用包括8颗卫星的倾斜轨道卫星星座或太阳同步轨道卫星星座进行定位； (2) 设置所述8颗卫星的星上波束角为±60、卫星姿态采用对地心指向； (3) 设置所述8颗卫星的卫星轨道高度相同，均为400km-600km轨道高度。
2. 根据权利要求1所述的定位方法，其特征在于，所述8颗卫星的卫星轨道高度为 500km轨道高度。
3. 根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述太阳同步轨道卫星星座的所述8 颗卫星分布在2个相互垂直的轨道面上，同一个轨道面上相邻卫星相位角相差1度；一轨道 面上4颗卫星的太阳同步轨道降交点地方时为6 :30,另一轨道面上4颗卫星的太阳同步轨 道降交点地方时为12 :00。
4. 根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述太阳同步轨道卫星星座的所述 8颗卫星分布在1个轨道面上；所述8颗卫星平分成2组，同一组内相邻卫星相位角相差1 度，两组卫星相位角相差180度；所述8颗卫星的太阳同步轨道降交点地方时为6 :30。
5. 根据权利要求2所述的定位方法，其特征在于，所述倾斜轨道卫星星座的所述8颗卫 星分布在2个在空间均匀分布的轨道面上；同一个轨道面上相邻卫星相位角相差1度；所 述8颗卫星的轨道倾角相同，均为40度-55度之间。
6. 根据权利要求5所述的定位方法，其特征在于，所述8颗卫星的轨道倾角均为45度。
【专利摘要】本发明提供了一种采用卫星星座的高速航空器定位方法，包括如下步骤：(1)采用包括8颗卫星的倾斜轨道卫星星座或太阳同步轨道卫星星座进行定位；(2)设置所述8颗卫星的星上波束角为±60、卫星姿态采用对地心指向；(3)设置所述8颗卫星的卫星轨道高度相同，均为400km-600km轨道高度。本发明采用包括8颗卫星的倾斜轨道卫星星座或太阳同步轨道卫星星座均能满足对高速航空器进行定位的目标，实现了独立于GPS导航系统以外、采用较少卫星即能满足在高动态环境下高速航空器的定位需求，且具备良好的经济性。
【IPC分类】B64G3-00
【公开号】CN104743141
【申请号】CN201510158049
【发明人】蒋虎, 胡海鹰, 龚文斌, 余金培
【申请人】上海微小卫星工程中心
【公开日】2015年7月1日
【申请日】2015年4月3日