基于SoC的低轨混合星座构建方法、装置、设备和存储介质

本技术涉及卫星星座构型设计，特别是涉及一种基于soc的低轨混合星座构建方法、装置、设备和存储介质。

背景技术：

1、全球覆盖星座被广泛应用于卫星通信、导航、遥感、侦察领域。在星座构型设计时，由于星座系统整体成本的牵引，卫星数量常作为评估星座构型优劣的重要标准。随着卫星技术的不断发展和成熟，低轨小卫星成为当下的研究热点，以starlink为代表的巨型星座更是被广泛关注。在数千颗甚至上万颗卫星星座的背景下，几颗或几十颗的卫星数量的减少对星座整体性能的影响较小，故应将星座构型设计的主要目标转换为最大程度地利用卫星资源、最小化地实现星座性能冗余。就对地通信、侦察、成像卫星星座而言，对地覆盖情况是评估星座整体性能的重要依据。目前，广泛使用的walker星座内卫星轨道倾角、轨道半径相同，根据星座卫星轨道的空间分布特点，单一构型星座对地覆盖重数沿纬度方向很不均匀，造成高纬地区的大量覆盖重数冗余，此种不均匀性在低轨星座上表现得更为明显。同时，由于卫星覆盖经度范围沿纬度方向的变化导致星座对地覆盖性能的不均匀性。目前尚未提出能够针对上述问题，并且完全解析化、流程化的星座构型设计方法模型。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够快速构建满足星座构建任务需求的基于soc的低轨混合星座构建方法、装置、设备和存储介质。

2、一种基于soc的低轨混合星座构建方法，所述方法包括：

3、获取卫星传感器半角参数、目标覆盖纬度区域的上下边界、纬度区域覆盖重数要求、纬度离散步长、以及子星座设计任务需求；

4、将所述目标覆盖纬度区域的上边界作为当前目标纬度，并根据所述子星座设计任务需求、卫星传感器半角参数、纬度区域覆盖重数要求以及目标覆盖纬度区域的上下边界构建对应当前目标纬度的子星座，并得到相应的子星座参数；

5、根据当前得到的子星座参数求解该子星座各轨道面在目标纬度的覆盖经度范围，以及等效覆盖重数；

6、根据所述纬度离散步长对当前目标纬度进行更新，得到更新后的当前目标纬度，判断更新后的当前目标纬度是否在所述目标覆盖纬度区域内；

7、若更新后的当前目标纬度在所述目标覆盖纬度区域内，则判断已构建的子星座连续覆盖区域的覆盖经度范围以及等效覆盖重数是否可以覆盖更新后的当前目标纬度，若不可以，则构建对应更新后的当前目标纬度的子星座，并求解该子星座各轨道面在目标纬度的覆盖经度范围，以及等效覆盖重数；

8、若已构建的子星座连续覆盖区域的覆盖经度范围以及等效覆盖重数可以覆盖更新后的当前目标纬度，则再次根据所述纬度离散步长对当前目标纬度进行更新，并判断再次更新后的当前目标纬度是否在所述目标覆盖纬度区域内；

9、直至更新后的当前目标纬度不在所述目标覆盖纬度区域内时，则根据构建得到的所有子星座得到低轨混合星座。

10、在其中一实施例中，所述根据所述子星座设计任务需求、卫星传感器半角参数、纬度区域覆盖重数要求以及目标覆盖纬度区域的上下边界构建对应当前目标纬度的子星座，并得到相应的子星座参数包括：

11、根据所述子星座设计任务需求确定待构建子星座的星座高度以及偏心率；

12、根据所述星座高度、卫星传感器半角参数、地球半径以及目标覆盖纬度区域的上下边界，基于预设公式对所述子星座参数进行依次计算；

13、所述子星座参数包括星座性能参数以及星座构型参数；

14、其中，所述星座性能参数包括卫星传感器半角对应的地心角、当前目标纬度对应的覆盖重数；

15、所述星座构型参数包括子星座中单轨道面的卫星数量、子星座轨道倾角、子星座轨道面数量、初始升交点赤经、初始纬度幅角以及相位因子。在其中一实施例中，在计算所述子星座轨道倾角时：

16、根据所述目标覆盖纬度区域的上下边界以及卫星传感器半角参数确定初步子星座轨道倾角；

17、采用大步长搜索和二分法高精度求解相结合的方法对所述初步子星座轨道倾角进行修正，得到所述子星座轨道倾角。

18、在其中一实施例中，所述根据当前得到的子星座参数求解该子星座各轨道面在目标纬度的覆盖经度范围，以及等效覆盖重数包括：

19、根据所述子星座中单轨道面的卫星数量以及卫星传感器半角对应的地心角进行计算，得到卫星环内的等效覆盖重数；

20、根据子星座轨道倾角判断卫星环对当前目标纬度的覆盖情况，根据所述覆盖情况计算各卫星环对当前目标纬度的覆盖经度范围；

21、根据子星座所有卫星环对当前目标纬度的覆盖经度范围，得到子星座对当前目标纬度的覆盖经度范围，根据该覆盖经度范围以及各卫星环内的等效覆盖重数进行计算得到子星座的等效覆盖重数。

22、在其中一实施例中，再根据当前得到的子星座参数求解该子星座各轨道面在目标纬度的覆盖经度范围，以及等效覆盖重数之后，还根据当前得到的覆盖经度范围以及等效覆盖重数分别对已有的各纬度的覆盖经度范围以及等效覆盖重数进行累计更新。

23、在其中一实施例中，判断更新后的当前目标纬度是否在所述目标覆盖纬度区域内包括：

24、若更新后的当前目标纬度大于所述目标覆盖纬度区域的下边界，则更新后的当前目标纬度在所述目标覆盖纬度区域内；

25、若更新后的当前目标纬度小于所述目标覆盖纬度区域的下边界，则更新后的当前目标纬度不在所述目标覆盖纬度区域内。

26、在其中一实施例中，判断已构建的子星座连续覆盖区域的覆盖经度范围以及等效覆盖重数可以覆盖更新后的当前目标纬度时，需要同时满足：

27、对更新后的当前目标纬度的已有经度覆盖区间为[0，2π]；

28、以及，对更新后的当前目标纬度的已有等效平均覆盖重数大于或等于该当前目标纬度在纬度区域覆盖重数要求中对应的覆盖重数；

29、否则判断已构建的子星座连续覆盖区域的覆盖经度范围以及等效覆盖重数不可以覆盖更新后的当前目标纬度。

30、一种基于soc的低轨混合星座构建装置，所述装置包括：

31、星座构建参数获取模块，用于获取卫星传感器半角参数、目标覆盖纬度区域的上下边界、纬度区域覆盖重数要求、纬度离散步长、以及子星座设计任务需求；

32、子星座参数计算模块，用于将所述目标覆盖纬度区域的上边界作为当前目标纬度，并根据所述子星座设计任务需求、卫星传感器半角参数、纬度区域覆盖重数要求以及目标覆盖纬度区域的上下边界构建对应当前目标纬度的子星座，并得到相应的子星座参数；

33、覆盖信息获取模块，用于根据当前得到的子星座参数求解该子星座各轨道面在目标纬度的覆盖经度范围，以及等效覆盖重数；

34、当前目标纬度更新及更新后第一判断模块，用于根据所述纬度离散步长对当前目标纬度进行更新，得到更新后的当前目标纬度，判断更新后的当前目标纬度是否在所述目标覆盖纬度区域内；

35、更新后第二次判断及子星座构建模块，用于若更新后的当前目标纬度在所述目标覆盖纬度区域内，则判断已构建的子星座连续覆盖区域的覆盖经度范围以及等效覆盖重数是否可以覆盖更新后的当前目标纬度，若不可以，则构建对应更新后的当前目标纬度的子星座，并求解该子星座各轨道面在目标纬度的覆盖经度范围，以及等效覆盖重数；

36、目标纬度再次更新及判断模块，用于若已构建的子星座连续覆盖区域的覆盖经度范围以及等效覆盖重数可以覆盖更新后的当前目标纬度，则再次根据所述纬度离散步长对当前目标纬度进行更新，并判断再次更新后的当前目标纬度是否在所述目标覆盖纬度区域内；

37、低轨混合星座得到模块，用于直至更新后的当前目标纬度不在所述目标覆盖纬度区域内时，则根据构建得到的所有子星座得到混合星座。

38、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现一下步骤：

39、获取卫星传感器半角参数、目标覆盖纬度区域的上下边界、纬度区域覆盖重数要求、纬度离散步长、以及子星座设计任务需求；

40、将所述目标覆盖纬度区域的上边界作为当前目标纬度，并根据所述子星座设计任务需求、卫星传感器半角参数、纬度区域覆盖重数要求以及目标覆盖纬度区域的上下边界构建对应当前目标纬度的子星座，并得到相应的子星座参数；

41、根据当前得到的子星座参数求解该子星座各轨道面在目标纬度的覆盖经度范围，以及等效覆盖重数；

42、根据所述纬度离散步长对当前目标纬度进行更新，得到更新后的当前目标纬度，判断更新后的当前目标纬度是否在所述目标覆盖纬度区域内；

43、若更新后的当前目标纬度在所述目标覆盖纬度区域内，则判断已构建的子星座连续覆盖区域的覆盖经度范围以及等效覆盖重数是否可以覆盖更新后的当前目标纬度，若不可以，则构建对应更新后的当前目标纬度的子星座，并求解该子星座各轨道面在目标纬度的覆盖经度范围，以及等效覆盖重数；

44、若已构建的子星座连续覆盖区域的覆盖经度范围以及等效覆盖重数可以覆盖更新后的当前目标纬度，则再次根据所述纬度离散步长对当前目标纬度进行更新，并判断再次更新后的当前目标纬度是否在所述目标覆盖纬度区域内；

45、直至更新后的当前目标纬度不在所述目标覆盖纬度区域内时，则根据构建得到的所有子星座得到低轨混合星座。

46、一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现一下步骤：

47、获取卫星传感器半角参数、目标覆盖纬度区域的上下边界、纬度区域覆盖重数要求、纬度离散步长、以及子星座设计任务需求；

48、将所述目标覆盖纬度区域的上边界作为当前目标纬度，并根据所述子星座设计任务需求、卫星传感器半角参数、纬度区域覆盖重数要求以及目标覆盖纬度区域的上下边界构建对应当前目标纬度的子星座，并得到相应的子星座参数；

49、根据当前得到的子星座参数求解该子星座各轨道面在目标纬度的覆盖经度范围，以及等效覆盖重数；

50、根据所述纬度离散步长对当前目标纬度进行更新，得到更新后的当前目标纬度，判断更新后的当前目标纬度是否在所述目标覆盖纬度区域内；

51、若更新后的当前目标纬度在所述目标覆盖纬度区域内，则判断已构建的子星座连续覆盖区域的覆盖经度范围以及等效覆盖重数是否可以覆盖更新后的当前目标纬度，若不可以，则构建对应更新后的当前目标纬度的子星座，并求解该子星座各轨道面在目标纬度的覆盖经度范围，以及等效覆盖重数；

52、若已构建的子星座连续覆盖区域的覆盖经度范围以及等效覆盖重数可以覆盖更新后的当前目标纬度，则再次根据所述纬度离散步长对当前目标纬度进行更新，并判断再次更新后的当前目标纬度是否在所述目标覆盖纬度区域内；

53、直至更新后的当前目标纬度不在所述目标覆盖纬度区域内时，则根据构建得到的所有子星座得到混合星座。

54、上述基于soc的低轨混合星座构建方法、装置、设备和存储介质，通过在获取构建星座的各种预设参数后，先将目标覆盖纬度区域的上边界作为当前目标纬度，并根据预设的参数进行计算得到对应当前目标纬度的子星座参数，再根据得到的子星座参数对目标纬度的覆盖能力进行求解，之后，根据纬度离散步长计算下一个目标纬度，并相应计算该目标纬度对应的子星座以及其覆盖能力，直至当前目标纬度已不在目标覆盖纬度区域内则说明已构建的子星座的连续覆盖纬度已满足预设，可以根据已构建的子星座得到的低轨混合星座，并且为了避免一些子星座的冗余覆盖，在每一次对当前目标纬度构建对应的子星座之前，还根据已构建的子星座的累积覆盖能力判断是否可以对当前目标纬度进行覆盖，若可以则不再针对当前目标纬度设计子星座。采用本方法设计的混合星座有效解决的单一构型星座对地覆盖重数沿纬度方向不均匀的问题，同时该方法提出了一套完全解析化、流程化的星座构型流程，实施简单，不需要人工操作，大大提高的效率。