基于周期性近圆轨道星座系统的多星座共存方法和装置

本公开涉及卫星通信，特别是涉及一种基于周期性近圆轨道星座系统的多星座共存方法和装置。

背景技术：

1、同步轨道卫星的轨道周期与地球自转周期相同，其轨道运动和地球自转具有固定的相对关系。对于地面设备而言，与同步卫星的星地链路方位角、仰角在时间和空间上关系都是固定的。当同步轨道卫星倾角为0°时，地面用户看卫星的轨迹为一个固定的点；当同步轨道卫星倾角不为0°时，地面用户看卫星的轨迹为一个闭合的“8”字形曲线，卫星在曲线上的运行周期与地球自转周期相同。同步轨道卫星系统与地面具有非常简洁的时空关系，在地球固连系轨迹闭合，也有利于规避与其他同步卫星系统的干扰和碰撞风险，易于实现共存。因此同步轨道卫星在卫星通信、气象、中继等领域具有广泛的应用。然而，同步轨道资源有限，此外，海洋上空轨位可利用性小，且存在卫星碎片问题，有效轨位资源更加紧张。非同步轨道是指除同步轨道外的卫星轨道，一般包括中轨和低轨。与同步轨道卫星不同，非同步轨道轨位资源更加充裕，当前，卫星互联网等产业将目光聚焦于非同步轨道，旨在利用其充裕的轨位资源打造巨型非同步轨道星座系统实现全球网络覆盖。例如starlink(星链)星座计划，拟通过约40000颗卫星组成庞大星座。

2、但是，当前的热门非同步轨道星座计划，计划卫星数量成千上万，系统间电磁干扰和空间垃圾问题比较严重。非同步轨道卫星的轨道周期与轨道长半轴相关，与地球自转周期及其他非同步轨道卫星系统缺少协同设计，导致时空关系复杂时变。为规避电磁干扰，需要在两颗卫星视线接近时关闭一颗卫星，造成频谱利用效率低下。

技术实现思路

1、鉴于上述问题，本公开实施例提供了一种基于周期性近圆轨道星座系统的多星座共存方法和装置，以便克服上述问题或者至少部分地解决上述问题。

2、本公开实施例的第一方面，提供了一种基于周期性近圆轨道星座系统的多星座共存方法，所述方法包括：

3、针对周期性近圆轨道星座系统中的每两个子星座，获取所述子星座的轨道的参数；其中，周期性近圆轨道星座系统中各个子星座的周期具有公倍数；

4、根据所述子星座的各个轨道的参数，确定所述各个轨道对应的含时参数方程；其中，一个子星座的多个轨道的轨道高度相同，一个轨道的多个卫星等分所述轨道；

5、根据所述两个子星座的各个轨道对应的含时参数方程，，确定基本相位差矩阵；所述基本相位差矩阵的各个矩阵元素表征：一个子星座的一个轨道的首星与另一子星座的一个轨道的首星，同时从升交点出发，在一个首星到达交会点时另一个首星与所述交会点的纬度幅角差；

6、获取所述两个子星座的各个轨道的首星之间的纬度幅角差；

7、根据所述纬度幅角差和所述基本相位差矩阵，确定均匀性数组；所述均匀性数组表征：一个子星座的轨道的卫星通过交会点时，偏离另一子星座的轨道的相邻两卫星的中点的程度；所述均匀性数组中包含的元素越小，表征该元素对应的轨道的卫星与该元素对应的另一轨道的卫星相撞的概率越小；

8、以优化所述均匀性数组为目标，对所述各个轨道的首星参数进行调整，以实现多星座共存。

9、可选地，所述以优化所述均匀性数组为目标，对所述各个轨道的首星参数进行调整，包括：

10、在星座设计约束下，确定所述均匀性数组最小且最稳定的情况下，所述各个轨道的首星参数。

11、可选地，所述方法还包括：

12、根据所述均匀性数组，确定在满足星座共存条件的情况下，所述各个轨道的首星参数的误差范围。

13、可选地，所述方法还包括：

14、获取加权函数；

15、根据所述加权函数对所述均匀性数组进行加权处理，得到加权均匀性数组；

16、所述以优化所述均匀性数组为目标，对所述各个轨道的首星参数进行调整，包括：

17、以优化所述加权均匀性数组为目标，对所述各个轨道的首星参数进行调整。

18、可选地，所述子星座的轨道的参数包括：轨道升交点、升交点赤经、轨道倾角和首星相位；

19、所述根据所述子星座的各个轨道的参数，确定所述各个轨道对应的含时参数方程，包括：

20、根据所述子星座的各个轨道的参数，确定在惯性坐标系下的所述子星座的各个轨道的首星的坐标；

21、根据所述各个轨道的首星的坐标，确定所述各个轨道的含时参数方程。

22、可选地，在所述子星座的周期与地球周期具有公倍数的情况下，所述子星座的轨道的参数包括升交点经度；

23、所述根据所述子星座的各个轨道的参数，确定所述各个轨道对应的含时参数方程，包括：

24、根据所述子星座的各个轨道的参数，确定在地球固连系下的所述子星座的各个轨道的首星的坐标；

25、根据所述各个轨道的首星的坐标，确定所述各个轨道的含时参数方程。

26、可选地，所述根据所述两个子星座的各个轨道对应的含时参数方程，确定基本相位差矩阵，包括：

27、根据所述各个轨道对应的含时参数方程，求解所述两个子星座的各个轨道的首星的初始纬度幅角为0的情况下，所述两个子星座的各个轨道的首星通过所述交会点的纬度幅角；

28、根据所述两个子星座的各个轨道的首星通过所述交会点的纬度幅角，确定所述基本相位差矩阵。

29、可选地，所述根据所述纬度幅角差和所述基本相位差矩阵，确定均匀性数组，包括：

30、将所述纬度幅角差代入所述基本相位差矩阵，得到目标相位差矩阵；

31、对所述目标相位差矩阵进行归一化，得到所述均匀性数组。

32、本公开实施例的第二方面，提供了一种基于周期性近圆轨道星座系统的多星座共存装置，所述装置包括：

33、参数获取模块，用于针对周期性近圆轨道星座系统中的每两个子星座，获取所述子星座的轨道的参数；其中，周期性近圆轨道星座系统中各个子星座的周期具有公倍数；

34、方程确定模块，用于根据所述子星座的各个轨道的参数，确定所述各个轨道对应的含时参数方程；其中，一个子星座的多个轨道的轨道高度相同，一个轨道的多个卫星等分所述轨道；

35、矩阵确定模块，用于根据所述两个子星座的各个轨道对应的含时参数方程，确定基本相位差矩阵；所述基本相位差矩阵的各个矩阵元素表征：一个子星座的一个轨道的首星与另一子星座的一个轨道的首星，，同时从升交点出发，在一个首星到达交会点时另一个首星与所述交会点的纬度幅角差；

36、获取模块，用于获取所述两个子星座的各个轨道的首星之间的纬度幅角差；

37、数组确定模块，用于根据所述纬度幅角差和所述基本相位差矩阵，确定均匀性数组；所述均匀性数组表征：一个子星座的轨道的卫星通过交会点时，偏离另一子星座的轨道的相邻两卫星的中点的程度；所述均匀性数组中包含的元素越小，表征该元素对应的轨道的卫星与该元素对应的另一轨道的卫星相撞的概率越小；

38、优化模块，用于以优化所述均匀性数组为目标，对所述各个轨道的首星参数进行调整，以实现多星座共存。

39、可选地，所述优化模块具体用于执行：

40、在星座设计约束下，确定所述均匀性数组最小且最稳定的情况下，所述各个轨道的首星参数。

41、本公开实施例的第三方面，提供了一种电子设备，包括：处理器；用于存储所述处理器可执行指令的存储器；其中，所述处理器被配置为执行指令，以实现如第一方面的基于周期性近圆轨道星座系统的多星座共存方法。

42、本公开实施例的第四方面，提供了一种计算机可读存储介质，当计算机可读存储介质中的指令由电子设备的处理器执行时，使得所述电子设备能够执行如第一方面的基于周期性近圆轨道星座系统的多星座共存方法。

43、本公开实施例包括以下优点：

44、本公开实施例中，构建了基本相位差矩阵，并基于基本相位差矩阵确定了均匀性数组，以优化所述均匀性数组为目标，对所述各个轨道的首星参数进行调整，以实现多星座共存。如此，通过均匀性数组，保证卫星分布均匀，构型稳定，有确定的时空交会规律，易于规避干扰，从而实现多个星座共存。