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２００６年８月西北工业大学学报Ａｕｇ．２００６

第２４卷第４期ＪｏｕｒｎａｌｏｆＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙＶｏ１．２４Ｎｏ．４

对地观测小卫星星座设计及区域覆盖性能分析

王启宇，袁建平，朱战霞

（西北工业大学航天学院，陕西西安７１００７２）

摘要：研究了对地观测任务的轨道选择与星座设计的基本方法，并根据特定的观测区域，建立了

仿真模型，并使用了注册评估版ＳＴＫ卫星工具箱软件对该模型进行了仿真演示与计算，最后分析

了设计的星座对目标区域的覆盖特性。结果表明，在使用少量的轨道平面和卫星数目的情况下，文

中设计的星座对目标区域仍然具有良好的覆盖性能。

关键词：对地观测，星座设计，覆盖特性

中图分类号：Ｖ４１文献标识码：Ａ文章编号：１０００—２７５８（２００６）０４—４２７—０４

当前国际上小卫星的研制、开发和应用，已成为

空间科学技术和技术领域的重要热点。小卫星具有１确定轨道参数

体积小质量轻，成本相对低廉，研制周期短，对运载

工具与地面设施的要求变通性大等多方面的优点，在本问题中，考虑到卫星执行的是对地观测任

已经得到了越来越广泛的应用。卫星组成星座后整务，因此采用太阳同步轨道以利于进行可见光观测，

体功能大于单个卫星或多颗卫星系统功能的总和。并要求轨道能按一定规律覆盖地球；由于卫星是在

小卫星特别适宜分布轨道配置，组成星座。太空对地面目标进行观察，因此要求卫星在目标上

自从２Ｏ世纪４０年代英国的ＣｌａｒｋＡＣ首次提空的轨道高度低，以获得地面目标的高分辨率图像；

出星座的概念以来，关于全球覆盖卫星星座的设计如果要求对地面目标进行动态观测，要求卫星轨道

问题已经发表了大量的文献，并在工程实际中得到能使星下点，即卫星与地心的连线同地球表面的交

应用，如美国的ＧＰＳ星座、ＴＤＲＳＳ数据中继卫星星点，按一定周期重复；此外，卫星应采取圆轨道或者

座等。然而，对区域覆盖的卫星星座研究进行得较近圆轨道，因为这样可以使星载光学机构在地面进

少。近十年来，也陆续有一些文章开始对该问题进行行观测时不需要像在椭圆轨道上一样进行复杂的变

探讨，如Ｂｏｔｔｋｏｌ与ＤｉＤｏｍｅｎｉｃｏ口于１９９１年提出一焦动作，以降低所搭载星载光学设备的复杂性。

种对特定星座区域覆盖性能评估的方法；ＥｖａｎｓＪ逆行轨道为轨道倾角在９Ｏ。～１８０。之间的轨道。

Ｍ［２于１９９９年提出了一种寻找最优升交点和倾角由于圆形太阳同步轨道与轨道倾角的关系为［５

的方法，以实现利用ｗａｌｋｅｒ星座对区域目标的最ｃｏｓ一一ｏ．ｏ。ｓｓｓ（㈩

优覆盖；还有研究者对区域覆盖问题的优化方法进

行了研究，如Ａｓｖｉａｌ等“人在１９９９年提出利用混式中，ｉ为轨道倾角，ｈ为轨道高度，Ｒ为地球半径。

合遗传算法对区域覆盖星座进行优化设计等。因此太阳同步轨道只能是逆行轨道。

本文的对地观测小卫星星座，其任务是对地面这样，对于准回归、低高度、太阳同步圆轨道问

固定目标的经纬度区域覆盖。针对的是地面特定区题中，在轨道６要素中，由于是圆轨道，偏心率已取

域，即一定经纬度范围内的地面，组成星座以满足它