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低轨Walker星座构型偏置维持控制方法分析

2021-05-21李玖阳胡敏王许煜李菲菲徐家辉

中国空间科学技术 2021年2期

李玖阳,胡敏,王许煜,李菲菲,徐家辉

航天工程大学,北京 101416

卫星星座在运行过程中,由于受到各种摄动力影响,各卫星之间相对位置会逐渐漂移,进而逐渐偏离其标称轨道,使星座整体结构发生变化。这种变化积累到一定程度,会使星座几何构型遭到破坏,致使星座性能大幅度下降[1]。

Walker星座以其重访特性均匀和全球范围内纬度带覆盖性好而被广泛应用,典型的Walker导航星座有美国的GPS全球定位导航系统、欧洲Galileo导航系统、中国的北斗卫星导航系统和俄罗斯Glonass导航系统等[2-4]。典型的低轨Walker星座有美国的Glboalstar等系统[5]。随着卫星发射成本的降低和卫星互联网技术的发展,低轨星座的卫星数目逐渐增多,小卫星技术的发展和发射成本的降低使得低轨卫星星座中卫星数量剧增,OneWeb公司计划发射由2 620颗卫星组成的星座[6]、Samgsung公司计划发射由4 600颗卫星组成的星座[7]、Boeing计划发射2 956颗卫星组成的星座和Starlink最终计划发射4.2万颗卫星组成星座,这些星座规模巨大,星座中卫星分布密度很高,为了实现全球覆盖和星座长期稳定运行,对星座构型保持精度提出了很高的要求。目前国内外对卫星星座的构型保持的研究主要集中在中高轨星座,文献[1,8-10]针对中轨星座利用参数偏置法来维持星座构型长期稳定,对处于共振轨道和非共振轨道的星座均具有良好的效果;陈雨等[2]基于在轨实测数据,通过机动累计相位差相对漂移较小的卫星来控制相位角相对漂移,可以使一年内的相位角相对漂移维持在±5°阈值内,但该方法星座中卫星数目较少且阈值偏大,无法满足卫星数目较多的Walker星座构型维持要求。……

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