卫星星座设计介绍

Star pattern （极轨，近极轨）1 （极轨，近极轨）1
Seam
– 单层星形网络 – 通过street of 通过street coverage设计覆盖 coverage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
Walker Constellation
卫星数T，轨道数n，每轨道卫星数m 卫星数T，轨道数n，每轨道卫星数m
– m个卫星均匀分布在轨道面上,360/m 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 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
Star pattern 2
Star pattern 3
Delta pattern（倾斜轨道） 1 pattern（倾斜轨道）
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 通过仔细设计可以保持永久星间链路。(torus环面拓 扑，又称Ballad rosette星座） 扑，又称Ballad rosette星座）
– Streets-of-coverage constellation Streets-of» 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（formation 编队飞行（formation flying)
– The idea is to put a group of satellites in orbit around Earth and force them to fly in a geometric pattern such as a triangle.
i：轨道面倾角 Ω ：升节点经度 ω ：近地点角距
注：x为春分线方向
常见轨道
圆形轨道
– 对称、Байду номын сангаас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 GEO、LEO、
高椭圆轨道(HEO:highly 高椭圆轨道(HEO:highly elliptical orbit)
太阳同步轨道
(a) 6 am view of sun-synchronous orbit from above the North Pole (b) 6 am view of sun-synchronous orbit from the sun’s view.
其它轨道定义2 其它轨道定义2
EllipsoEllipso-type orbit.
– 高偏心率，如前苏联的Molniya orbit，周期12小时 高偏心率，如前苏联的Molniya orbit，周期12小时
地球同步转移轨道（GTO： 地球同步转移轨道（GTO：geosynchronous transfer orbit） orbit）
– 近地点200km左右，远地点为地球同步轨道高度 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 用于将卫星从LEO转移到GEO
卫星星座轨道设计介绍
bspbsp
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=1400km N>12 H=780km N>19
经典轨道参数1 经典轨道参数1
a：半主轴 e：偏心率 v：true anomaly 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 经典轨道参数2
quasihalo constellation
– around the L1 Lagrange point. L1 is a point between the sun and the Earth, roughly 1.5 million km away from Earth along the sun-Earth line sun(where Earth/sun gravitation balances with the rotational force to produce a relative equilibrium).
基本星座类型
圆轨道星座
– GEO星座：NASA TDRSS system GEO星座：NASA – Walker星座：Motorola’s Iridium Walker星座：Motorola’s constellation
» T/P/F；T is the total number of satellites, P is the number of orbit planes, and F is the phasing parameter.（The parameter.（ phasephase-angle offset is given by 360 F/T deg to ensure a more optimal packing of Earth’s coverage circles） circles）
星座性能衡量标准
serviceservice-frequency availability Geometric coverage
SunSun-synchronous orbit.
– 为观测行星，对同一纬度地区保持同样的光照条件 – 调整nodal regression，驱动轨道面与太阳one 调整nodal regression，驱动轨道面与太阳one deg/day的运动相匹配 deg/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 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） 100度，高度1000km左右）
Delta pattern 2 (torus topo)
Delta pattern 3
concentrates on the bounds of multiple satellite visibility by interleaving low inclination multiple planes containing few satellites and using careful phasing to fill in the gaps between satellite footprints in the same plane. Although interleaving and careful phase alignment of planes for coverage is adopted by Globalstar to decrease the number of satellites required, it places severe constraints on inter-satellite networking,
其它轨道定义1 其它轨道定义1
Periodic groundtrack orbit.
– GEO卫星，地面轨迹为一点；Moniya卫星，地面轨 GEO卫星，地面轨迹为一点；Moniya卫星，地面轨 迹为U 迹为U型 – 合理均衡nodal regression与地球旋转，保证地面轨 合理均衡nodal regression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
– 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 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 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。
其它相关公式
轨道周期：
µis the Earth’s gravitational parameter, 398,601.2 km3/sec2. a is the orbit’s radius
轨道能量
where r and υ are the orbit’s instantaneous radius and velocity.