基于地月空间DRO基准轨道月球全球定位星座设计方法

本发明涉及月球全球定位星座设计，尤其涉及一种基于地月空间dro基准轨道月球全球定位星座设计方法。

背景技术：

1、类似于构建针对地球轨道的全球定位卫星星座(如gps、北斗等)，构建针对于月球轨道的月球全球定位星座能够为月面用户提供实时定位服务和授时服务，以提升用户在月面的活动能力。

2、目前，虽然可以基于地月空间中远距离逆行轨道(distant retrograde orbit，简称dro基准轨道)构建在三体模型下的月球全球定位星座，但是，如何基于dro基准轨道在四体模型下构建可稳定运行若干年且满足高月表覆盖的月球全球定位星座的问题尚未解决。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种基于地月空间dro基准轨道月球全球定位星座设计方法，能够基于dro基准轨道在四体模型下构建可稳定运行若干年且满足较高月表覆盖的月球全球定位星座。

2、本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

3、本发明提供一种基于地月空间dro基准轨道月球全球定位星座设计方法，该方法中，基于待部署的dro基准轨道中的任一dro基准轨道初始相位，确定所述任一dro基准轨道的初始轨道状态和轨道周期。对于待部署在所述任一dro基准轨道上初始相位为目标相位的任一卫星，基于所述目标相位对应的轨道状态，确定所述任一卫星的初始轨道状态。基于所述任一dro基准轨道的轨道周期，确定所述任一卫星的轨道周期。基于所述任一卫星的轨道周期和所述任一卫星的初始轨道状态，得到所述任一卫星对应的目标轨道状态。基于每一颗卫星对应的目标轨道状态，构建在四体模型下的月球全球定位星座。

4、本发明的有益效果是：提供一种基于地月空间dro基准轨道月球全球定位星座设计方法，能够在四体模型下构建可稳定运行若干年(至少3年)且满足较高(98％以上)的月表覆盖的月球全球定位星座。并且，位于dro上的各卫星可通过星间测量确定各自的轨道位置，无需月面基站的辅助，就可以实现自主定轨。

5、在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

6、进一步，基于待部署卫星的总数量，确定所述待部署的dro基准轨道的数量。基于所述待部署的dro基准轨道的数量，确定所述待部署的dro基准轨道。

7、采用上述进一步方案的有益效果是：提供了一种用于确定dro基准轨道的数量的具体实现方式。

8、进一步，所述待部署的dro基准轨道的数量为p，所述待部署的卫星的总数量为n，p为n的因子。

9、采用上述进一步方案的有益效果是：提供了待部署的dro基准轨道的数量与待部署的卫星的总数量之间的对应关系，以基于待部署的卫星的总数量可以确定dro基准轨道的数量。

10、进一步，基于所述待部署的卫星的总数量和所述待部署的dro基准轨道的数量，确定在每一条所述dro基准轨道上部署的卫星的数量。基于在每一条所述dro基准轨道上部署的卫星的数量，确定在每一条所述dro基准轨道上部署的卫星的初始相位。

11、采用上述进一步方案的有益效果是：提供了用于确定在每一条dro基准轨道上部署的卫星的总数量的具体实现方式。

12、进一步，在每一条所述dro基准轨道上部署的卫星的数量为q，q＝n/p。

13、采用上述进一步方案的有益效果是：提供了在每一条dro基准轨道上部署的卫星的数量、待部署的dro基准轨道的数量与待部署的卫星的总数量之间的对应关系，以基于待部署卫星的总数量、dro基准轨道的数量可以确定在每一条dro基准轨道上部署的卫星的数量。

14、进一步，基于三体模型下平面dro对应的所述目标相位对应的轨道状态，确定所述目标相位对应的经验轨道状态；所述目标相位对应的经验轨道状态基于将所述目标相位对应的轨道状态的z轴分量固定至所述任一dro基准轨道的轨道周期对应的最大值区域得到；所述最大值区域为预设区域；所述z轴的方向与四体模型中月球的轨道平面的角动量方向相同。基于微分进化算法，以所述目标相位对应的经验轨道状态为变量，以所述任一dro基准轨道的轨道周期与目标轨道周期的差距为优化目标，对所述目标相位对应的经验轨道状态进行优化。基于对所述目标相位对应的经验轨道状态的优化结果，确定所述任一dro基准轨道的初始轨道状态。

15、采用上述进一步方案的有益效果是：提供了确定各dro基准轨道的初始轨道状态的具体实现方式。

16、进一步，将所述任一dro基准轨道的轨道周期确定为所述任一卫星的轨道周期。

17、采用上述进一步方案的有益效果是：由于所述任一卫星的轨道周期与所述任一dro基准轨道的轨道周期相同，因此，位于同一dro基准轨道上的各卫星的轨道周期也相同，位于同一dro基准轨道上的各卫星可以稳定飞行，从而保持相对稳定的几何构型。

18、进一步，基于所述任一dro基准轨道的初始轨道状态和所述目标相位，确定所述任一卫星的初始轨道状态。

19、采用上述进一步方案的有益效果是：提供了确定各卫星对应的初始轨道状态的具体实现方式。

20、进一步，基于微分进化算法，以所述任一卫星对应的初始轨道状态为变量，以所述任一卫星的轨道周期与目标轨道周期的差距为优化目标，对所述任一卫星对应的初始轨道状态进行优化，得到所述任一卫星的目标轨道状态。

21、采用上述进一步方案的有益效果是：提供了确定各dro基准轨道上的各卫星对应的目标轨道状态的具体实现方式。

22、进一步，在每一条所述dro基准轨道上均匀部署q颗卫星。

23、采用上述进一步方案的有益效果是：由于位于同一条dro基准轨道上的卫星均匀分布，因此，各卫星可以保持稳定飞行，从而保持相对稳定的几何构型。

技术特征：

1.一种基于地月空间dro基准轨道月球全球定位星座设计方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定所述任一dro基准轨道的初始轨道状态和轨道周期之前，所述方法还包括：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述待部署的dro基准轨道的数量为p，所述待部署卫星的总数量为n，p为n的因子。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标相位对应的轨道状态，确定所述任一卫星的初始轨道状态之前，所述方法还包括：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在每一条所述dro基准轨道上部署的卫星的数量为q，q＝n/p。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，确定所述任一dro基准轨道的初始轨道状态和轨道周期，包括：

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述基于所述任一dro基准轨道的轨道周期，确定所述任一卫星的轨道周期，包括：

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标相位对应的轨道状态，确定所述任一卫星的初始轨道状态，包括：

9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述基于所述任一卫星的轨道周期和所述任一卫星的初始轨道状态，得到所述任一卫星对应的目标轨道状态，包括：

10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述构建在四体模型下的月球全球定位星座，还包括：

技术总结本发明涉及一种基于地月空间DRO基准轨道月球全球定位星座设计方法，基于待部署的DRO基准轨道中的任一DRO基准轨道初始相位，确定该任一DRO基准轨道的初始轨道状态和轨道周期。对于待部署在该任一DRO基准轨道上初始相位为目标相位的任一卫星，基于目标相位对应的轨道状态，确定该任一卫星的初始轨道状态。基于该任一DRO基准轨道的轨道周期，确定该任一卫星的轨道周期。基于该任一卫星的轨道周期和该任一卫星的初始轨道状态，得到该任一卫星对应的目标轨道状态。基于每一颗卫星对应的目标轨道状态，构建在四体模型下的月球全球定位星座。本发明构建的月球全球定位星座与现有的近月星座相比具有较高的稳定性和较高的月表覆盖能力。技术研发人员：张仁勇,周晨光受保护的技术使用者：中国科学院空间应用工程与技术中心技术研发日：技术公布日：2024/5/29