临时组网卫星应急对地勘查的轨道机动技术
赵军, 李伟, 高瑞, 张广得, 朱小朋, 展跃全
(1.中国西安卫星测控中心, 陕西 西安 710043; 2.西北工业大学, 陕西 西安 710072)
对地勘查卫星一般为回归轨道[1-2]，设计的回归轨道可使星载微波、可见光、红外、多光谱、合成孔径等有效载荷对地面固定区域进行反复勘查[3-4]。在局部环境污染、海啸地震等突发热点事件发生时，往往要求多颗卫星能临时改变当前运行轨道，紧急临时组网以多种载荷联合对地面关注目标进行灾情动态监测[5]。由于各星组网前勘查的区域不同，临时组网后对新目标勘查会出现某些时段勘查覆盖间隙过大(如24 h)或在需求时段内无法观测到目标的情况[3,6]，为了缩短对新目标的勘查最大重访间隔，需要短时间内完成对组网某些卫星的轨道机动，使得这些卫星在指定的时间段内能覆盖勘查目标。
目前关于临时应急组网的覆盖间隙调整问题的研究不多，多数为基于轨道机动的星座组网、单星单目标变轨等对热点目标的覆盖研究，且仅考虑卫星星下点与目标点重合。文献[7-8]提出了单星单目标观测方法，给出目标可见性及卫星变轨策略。文献[9]选用有限推力两次点火的方式进行轨道转移，建立了三维的考虑J2摄动的有限推力微分方程。文献[10]研究了连续推力下对多个地面目标点的观测轨道设计，以勒让德伪谱方法将轨道机动问题分割形成多段问题进行求解。文献[11]研究了在各种初始降交点经度条件下，卫星按Hohmann共面变轨的轨道降交点经度与目标经度差的机动策略。
星载载荷波束与地面目标在同纬度圈存在经度差则无法覆盖观测目标，若进行轨道机动消除此经度差，则载荷波束可有效覆盖地面目标。结合工程应用实际背景，利用卫星地固系星历计算出卫星姿态侧摆下载荷波束在地面勘查目标方向的覆盖能力，将指定控制时刻后一时间段内的最短经度差圈次作为控后勘查目标的可见圈次，设计星载载荷波束投影与地面目标在此圈次相遇，以相遇的交点周期变化描述卫星轨道机动控制量，即可实现短时内以轨道机动在特定时间段内对地面目标的覆盖。与文献[7-11]的工作相比，本文的创新在于：①以星载载荷波束与目标重合来勘查目标，同时考虑了卫星滚动姿态侧摆和载荷幅宽对载荷波束地面投影的影响，更符合工程实际；
②以应急指定时刻为轨道机动时刻，以勘查目标与波束的最短垂线距离作为控制量计算依据，使得从控制时刻轨道位置覆盖目标的机动量最小，可以快速响应应急勘查任务。
卫星要实现通过临...
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