本發(fā)明涉及衛(wèi)星，具體涉及一種低軌大規(guī)模衛(wèi)星星座的部署方法。

背景技術(shù)：

1、受限于衛(wèi)星生產(chǎn)測試，發(fā)射能力和經(jīng)濟因素的制約，低軌大規(guī)模星座部署是一個長時、高成本并且與時間維度高度耦合的問題。因此，迫切需要在滿足運載器發(fā)射周期、衛(wèi)星軌道轉(zhuǎn)移周期、停泊軌道容量等約束條件下，構(gòu)建星座最優(yōu)化發(fā)射部署數(shù)學(xué)模型，并發(fā)展大規(guī)模變量高效優(yōu)化算法，求解獲得最優(yōu)化發(fā)射部署方法，達到星座構(gòu)建成本最小和累積效能最大目標(biāo)。

2、傳統(tǒng)的靜態(tài)空間物流網(wǎng)絡(luò)模型未能充分考慮時間效應(yīng)，僅能獲得衛(wèi)星在各位置節(jié)點的數(shù)量信息，難以獲得衛(wèi)星何時在各位置節(jié)點間進行轉(zhuǎn)化，即無法指導(dǎo)制定衛(wèi)星最優(yōu)化發(fā)射部署方案。靜態(tài)模型的局限性在于無法描述衛(wèi)星在不同時間點的狀態(tài)和位置變化，導(dǎo)致在長周期任務(wù)下，靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)的最優(yōu)解可能在全局上失真。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、針對上述問題，本發(fā)明的目的是提供一種低軌大規(guī)模衛(wèi)星星座的部署方法，通過將傳統(tǒng)靜態(tài)空間物流網(wǎng)絡(luò)模型進行時間維度拓展，構(gòu)建了一個能夠描述衛(wèi)星發(fā)射、轉(zhuǎn)移和部署過程的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)。不僅能夠完全描述各衛(wèi)星在不同位置和時間的轉(zhuǎn)移策略，還有效避免了優(yōu)化變量隨時間拓展呈數(shù)量幾何級數(shù)增長的問題。

2、本發(fā)明提供了一種低軌大規(guī)模衛(wèi)星星座的部署方法，包括：

3、s1，以各軌道及發(fā)射場為節(jié)點，所述節(jié)點之間的衛(wèi)星運輸路徑為邊，建立發(fā)射部署的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)；所述網(wǎng)絡(luò)邊包括各節(jié)點的非時間維度信息；

4、s2，基于所述靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)運載器發(fā)射間隔時間、軌道動力學(xué)遍歷所有可能路徑，得到時間拓展網(wǎng)絡(luò)；

5、s3，獲取停泊軌道和目標(biāo)軌道，根據(jù)所述停泊軌道和所述目標(biāo)軌道構(gòu)建雙通道物流網(wǎng)絡(luò)模型；

6、s4，基于所述雙通道物流網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)所述時間拓展網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點和邊上包含的信息建立多變量混合整數(shù)最優(yōu)的數(shù)學(xué)方程；

7、s5，根據(jù)所述數(shù)學(xué)方程對所述雙通道物流網(wǎng)絡(luò)模型進行求解，得到衛(wèi)星星座最優(yōu)發(fā)射部署方案。

8、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述數(shù)學(xué)方程的等式約束包括：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點衛(wèi)星轉(zhuǎn)移量守恒；

9、所述數(shù)學(xué)方程的不等式約束包括：各節(jié)點衛(wèi)星容量和運載器可用性。

10、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述時間拓展網(wǎng)絡(luò)包括時間層和網(wǎng)絡(luò)弧段；

11、所述時間層包括：路線層和等待層；

12、所述網(wǎng)絡(luò)弧段包括：訪問弧段、出口弧段、狀態(tài)轉(zhuǎn)移弧段、路徑弧段和等待弧段。

13、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述路線層包括：從所述靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓展的時間弧段和時間節(jié)點；

14、其中，各所述時間節(jié)點被時間，空間，路徑信息唯一標(biāo)識為元組；

15、同一條路線內(nèi)所有時間節(jié)點依據(jù)時間順序順次排列，相鄰節(jié)點通過時間弧段連接。

16、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述入口弧段包括：源節(jié)點和路徑入口節(jié)點；

17、所述源節(jié)點代表衛(wèi)星制造完成入庫時刻，通過訪問弧段和發(fā)射時間節(jié)點連接，存儲在衛(wèi)星研制完成后從入庫儲存到星箭整合發(fā)射這一階段的時間成本信息和部署成本信息。

18、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述出口弧段包括：匯節(jié)點和衛(wèi)星進入目標(biāo)軌道的時間-狀態(tài)節(jié)點；

19、所述匯節(jié)點表示衛(wèi)星調(diào)相完畢狀態(tài)，弧段儲存衛(wèi)星相位調(diào)整所需的時間成本和部署成本信息。

20、在一種可能的實現(xiàn)方式中，所述衛(wèi)星星座最優(yōu)發(fā)射部署方案包括基本決策節(jié)點和對應(yīng)的事件節(jié)點；

21、所述基本決策節(jié)點包括：運載器發(fā)射節(jié)點和衛(wèi)星軌道轉(zhuǎn)移機動節(jié)點；

22、所述事件節(jié)點包括：衛(wèi)星入庫儲存節(jié)點、衛(wèi)星相位調(diào)整節(jié)點和衛(wèi)星壽終節(jié)點。

23、在一種可能的實現(xiàn)方式中，還包括：

24、根據(jù)地球自轉(zhuǎn)與j2軌道攝動對于軌道升交點的影響確定運載器發(fā)射節(jié)點；

25、根據(jù)以下公式計算運載器的發(fā)射時間窗口δt：

26、

27、其中，n為衛(wèi)星在單位時間內(nèi)繞地球運行的平均圈數(shù)，p為軌道半通徑，re為地球的半徑，θ為軌道的傾角，j2為地球的二次引力場系數(shù)。

28、在一種可能的實現(xiàn)方式中，還包括：

29、在j2攝動力下對停泊軌道和目標(biāo)軌道進行共面轉(zhuǎn)移，確定衛(wèi)星軌道轉(zhuǎn)移節(jié)點；

30、根據(jù)以下公式計算每個軌道的進動角速度ωp：

31、

32、其中，ωp為軌道的進動角速度，a為軌道半長軸，n為衛(wèi)星在單位時間內(nèi)繞地球運行的平均圈數(shù)，re為地球的半徑，θ為軌道的傾角，j2為地球的二次引力場系數(shù)。

33、在一種可能的實現(xiàn)方式中，還包括：

34、根據(jù)霍曼轉(zhuǎn)確定衛(wèi)星軌道轉(zhuǎn)移節(jié)點的事件節(jié)點；

35、根據(jù)以下公式計算軌道周期t：

36、

37、其中，t為軌道周期，ri為停泊軌道的半徑，rj為目標(biāo)軌道的半徑，i為停泊軌道代號，j為目標(biāo)軌道代號，μ為標(biāo)準(zhǔn)引力參數(shù)。

38、本發(fā)明提供的低軌大規(guī)模衛(wèi)星星座的部署方法，通過將傳統(tǒng)靜態(tài)空間物流網(wǎng)絡(luò)模型進行時間維度拓展，構(gòu)建了一個能夠描述衛(wèi)星發(fā)射、轉(zhuǎn)移和部署過程的動態(tài)網(wǎng)絡(luò)。模型中的節(jié)點代表發(fā)射場、停泊軌道和目標(biāo)軌道等位置，邊則表示這些位置之間的連接，包含衛(wèi)星轉(zhuǎn)移數(shù)量和時間等信息。通過局部擴展路徑覆蓋時間狀態(tài)節(jié)點，不僅能夠完全描述各衛(wèi)星在不同位置和時間的轉(zhuǎn)移策略，還有效避免了優(yōu)化變量隨時間拓展呈數(shù)量幾何級數(shù)增長的問題。

技術(shù)特征：

1.一種低軌大規(guī)模衛(wèi)星星座的部署方法，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部署方法，其特征在于，所述數(shù)學(xué)方程的等式約束包括：網(wǎng)絡(luò)節(jié)點衛(wèi)星轉(zhuǎn)移量守恒；

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部署方法，其特征在于，所述時間拓展網(wǎng)絡(luò)包括時間層和網(wǎng)絡(luò)弧段；

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的部署方法，其特征在于，所述路線層包括：從所述靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)拓展的時間弧段和時間節(jié)點；

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的部署方法，其特征在于，所述入口弧段包括：源節(jié)點和路徑入口節(jié)點；

6.根據(jù)權(quán)利要求3所述的部署方法，其特征在于，所述出口弧段包括：匯節(jié)點和衛(wèi)星進入目標(biāo)軌道的時間-狀態(tài)節(jié)點；

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的部署方法，其特征在于，所述衛(wèi)星星座最優(yōu)發(fā)射部署方案包括基本決策節(jié)點和對應(yīng)的事件節(jié)點；

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的部署方法，其特征在于，還包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的部署方法，其特征在于，還包括：

10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的部署方法，其特征在于，還包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及衛(wèi)星技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種低軌大規(guī)模衛(wèi)星星座的部署方法，包括：S1，以各軌道及發(fā)射場為節(jié)點，節(jié)點之間的衛(wèi)星運輸路徑為邊，建立發(fā)射部署的靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)；網(wǎng)絡(luò)邊包括各節(jié)點的非時間維度信息；S2，基于靜態(tài)網(wǎng)絡(luò)，根據(jù)運載器發(fā)射間隔時間、軌道動力學(xué)遍歷所有可能路徑，得到時間拓展網(wǎng)絡(luò)；S3，獲取停泊軌道和目標(biāo)軌道，根據(jù)停泊軌道和目標(biāo)軌道構(gòu)建雙通道物流網(wǎng)絡(luò)模型；S4，基于雙通道物流網(wǎng)絡(luò)模型，根據(jù)時間拓展網(wǎng)絡(luò)中節(jié)點和邊上包含的信息建立多變量混合整數(shù)最優(yōu)的數(shù)學(xué)方程；S5，根據(jù)數(shù)學(xué)方程對雙通道物流網(wǎng)絡(luò)模型進行求解，得到衛(wèi)星星座最優(yōu)發(fā)射部署方案。

技術(shù)研發(fā)人員：胡敏,林駿茹,何博,張?zhí)焯?薛文,阮永井,黃剛,楊學(xué)穎,孫聰聰,劉明岳
受保護的技術(shù)使用者：中國人民解放軍軍事航天部隊航天工程大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/2