摘要：研究了在设计δ星座或者由几个δ星座的某些卫星构成的星座时经常需要考虑的三个问题 :任意两颗卫星是否在同一条星下点轨迹上 ,同一条星下点轨迹上的卫星通过某一区域的相对顺序和星座对某特定区域或地点覆盖重复周期的计算。首先对δ星座中卫星之间的相对几何关系做了详细的分析 ,给出了第一个问题的判断准则 ,并进一步导出了位于同一条星下点轨迹上的卫星通过某一指定地区的相对顺序以及相应的时间间隔的计算方法。在解决前两个问题的基础上 ,针对由一个或几个δ星座 (或子星座 )构成的设计星座 ,给出了计算其区域覆盖重复周期的方法。

摘要：利用较少数目低轨卫星构建星座实现对特定区域的密集观测任务是2016年第8届中国力学学会全国空间轨道设计竞赛乙组题目的主要内容.本文描述了中国科学院空间应用工程与技术中心的设计方法与结果(该设计结果获得本届竞赛一等奖).针对地面特定区域内225个目标点重访周期小于1 h的观测需求,采用了基于多条共星下点轨迹构建卫星星座的设计方法,旨在使得所需要的低轨卫星颗数最少.星座设计方法包括建立"圆形回归轨道-目标点"数据库、全局搜索可观测所有目标点的圆形回归轨道以及共星下点轨迹卫星星座轨道参数求解等3个主要步骤.设计结果验证了该方法在求解较少卫星颗数、地面特定区域多目标点密集观测问题的有效性.该设计方法有望拓展为低轨卫星星座设计的一类通用方法.

摘要：分析了卫星星座系统设计包含的星座设计、卫星设计、发射选择等学科之间的耦合关系,特别是卫星各分系统之间的耦合关系,建立了包括发射费用分析、成本分析在内的卫星星座系统多学科分析模型。在此基础上,采用分布式协同进化MDO算法,将星座设计优化和卫星的设计优化在自治基础上充分协同,对一个同时包含离散/连续设计变量、需进行星座结构和参数同时优化的虚拟的海洋监视卫星星座系统进行了多学科设计优化。算法对离散设计变量采用二进制编码,连续设计变量采用实数编码,并分别采用相应的进化算子。采用最大长度编码,根据一定的规则确定基因的显性和隐性,来处理结构和参数同时优化引起的设计变量维数可变的问题。设计结果显示了多学科设计优化的优势和分布式协同进化MDO算法对卫星星座系统这样的复杂多学科设计优化问题的有效性。

摘要：研究了一种基于重访周期的低轨道卫星星座以实现对全球间歇性侦察.以近圆回归轨道的设计依赖于轨道高度和轨道倾角两个参数的确定为基础建立星座设计模型.并据此设计了对地侦察任务的单轨道面和三轨道面星座.考虑到以覆盖性能作为目标函数,因此主要选取轨道倾角、轨道面的升交点赤经及轨道面内各卫星之间的相位作为优选变量,基于复形调优法对这两类星座分别进行优化设计.对优化后的星座利用覆盖间隙数目、覆盖百分比、平均响应时间等覆盖性能指标来综合评定其性能.分析结果表明,三轨道面星座性能优于单轨道面,适用于全球对地侦察任务.

摘要：为减少无线电掩星(RO)大气探测星座的卫星数量并增加探测数据量,将北斗(BD)和GPS、Galileo、GLONASS共同作为探测信源,提出一种多全球导航卫星系统(GNSS)掩星大气探测星座概念和优化设计方法。融合先验大气模型和二维射线追踪算法,建立兼容多GNSS信源的掩星事件前向模拟算法,实现掩星事件快速精确仿真;给出多GNSS掩星大气探测星座参数对探测性能的影响特性,降低了星座模型的复杂度;并利用改进的蚁群算法实现星座参数寻优。设计结果与COSMICII星座相比,卫星数量减少2颗,探测数据量增加了40%,探测均匀性提高了67%。

摘要：卫星星座组网过程包括两方面研究内容:星座部署顺序和运载器选择。阐述了星座部署优化设计的思路,优化目的是使每次发射后星座性能得到最大限度的提升,比较了分别采用启发式进化优化算法和穷举法进行星座部署的区别,指出了对于常见的星座构型,用穷举法进行部署优化的效率较高。讨论了运载器优选的目标函数和约束条件,建立了优选的数学模型。运载器优选本质上是整数规划问题,本文介绍了求解整数规划问题的分支定界法。提出了我国部署中高度圆轨全球导航星座的算例,给出了该星座部署顺序设计和运载器优选的计算结果,结果表明本文提出的方法适用于卫星星座组网过程的策略规划。

摘要：提出了卫星星座结构自稳定概念。在分析星座构型稳定性的基础上,将只考虑星座几何结构的星座优化设计结果与卫星轨道动力学相结合来设计星座构型初始参数以实现星座结构自稳定,推导了星座结构自稳定设计公式并设计了星座结构自稳定设计流程。对实例星座的结构自稳定设计进行了分析,结果表明,星座结构自稳定设计后其长期稳定性得到了很好的保持。

摘要：针对现有的3种最具代表性的卫星星座设计方法的缺点,提出了层次递进的卫星星座设计方法.该方法采用基于CART算法的卫星星座原始构型选择策略,可将星座构型的求解空间缩小至少53.3%.利用CART6.0软件构建了选择卫星星座原始构型子集的CART树,运行速度达到7.9s,分类精度达到97.15%,10阶交叉验证的相对成本为0.033.结果表明:采用这种策略选择卫星星座原始构型还具有可扩展性强、准确性高和易于实现的优点,为卫星星座构型模块化设计建立了良好的基础.

摘要：随着全球导航卫星系统(Global Navigation Satellite System,GNSS)掩星大气探测技术的兴起,GNSS遥感探测数据在气象数据资源中逐步占据重要地位,但是目前的掩星探测数量远不能满足数值天气预报等应用的需求,未来更需要充分利用GNSS信号资源,开展更大规模的GNSS掩星卫星星座探测.本文以世界气象组织发布的大气海洋数据需求为参考,提出新一代GNSS遥感探测星座任务需求与设计约束.在理想大气模型假设下,利用几何解析方法研究了探测卫星星座构型参数对探测性能的影响,并建立了新一代GNSS遥感探测卫星星座设计基本准则.以风云卫星为子星座,给出了星座规模同为40颗的三种GNSS遥感探测微纳卫星星座设计方案.研究结果表明,具备该规模的探测星座可满足数值天气预报等气象应用的最低数据需求,三种构型方案中,由高、中、低倾角三组Walker子星座与风云卫星子星座组建的GNSS遥感探测星座探测性能最优.

摘要：星座/编队的对地遥感应用要求对卫星群的空间几何特征进行量度和评价。定义了用于刻画卫星星下点球面几何特征的两个指标:平均星间角距和星下点分布面积。作为星下点分布的一维量度,星间角距可由参照轨道要素解析地表达。继而给出星下点最小凸球面多边形的判定算法;与传统方法不同,该算法无需求解星下点坐标即可判定星下点几何特征,进而计算卫星分布面积,作为星下点几何特征的二维表征。最后以四星编队任务为例,通过计算判定星下点几何,分析了编队轨道设计要素与编队几何特征的半定量关系。