一種多級中繼衛星星座行星際導航的方法、系統及設備
1.本公開涉及衛星導航領域，尤其是涉及一種用多級衛星組成中繼星座實現行星際衛星導航的方法、系統及設備，用于地球至太陽之間的行星際衛星導航。
背景技術：
2.目前gps、格洛納斯、伽利略、北斗等全球導航定位系統對地球表面、近地球目標的導航定位已經是較為成熟的技術。對地球軌道外太陽系內太陽、行星、小行星的行星際深空探測是各個航天大國發展的方向，相關的行星際深空探測技術是各國發展的熱點。對行星際探測器的導航定位是深空探測的關鍵技術之一。我國專利文獻cn100501331c、cn108494472a、cn111536980b等都做了相關研發，擁有了相關的技術。但是目前尚沒有適用于地球至太陽之間的利用多級中繼衛星實現行星際衛星導航定位的方法和系統。
技術實現要素：
3.本公開的主要目的在于提供一種多級中繼衛星星座實現行星際衛星導航定位的方法和系統，用于解決上述技術問題的至少之一。
4.為了實現上述目的，本公開一方面提出一種多級中繼衛星星座行星際導航方法，包括：
5.地球軌道衛星組成第一級中繼衛星星座，地球與月球引力系統平動點設定區域軌道上的衛星以及地球與太陽引力系統平動點設定區域軌道上的衛星組成第二級中繼衛星星座，地球與太陽引力系統平動點設定區域軌道上的衛星以及繞地球的暈(halo)軌道衛星組成第三級中繼衛星星座；第一、二、三級中繼衛星星座，每一級中繼衛星星座至少有四顆衛星組成；衛星地面站對第一級中繼衛星定軌；第一級中繼衛星根據接收的第二級中繼衛星的測量數據，通過星載計算部件對第二級中繼衛星定軌，第二級中繼衛星根據接收的第三級中繼衛星的測量數據，通過星載計算部件對第三級中繼衛星定軌；第三級中繼衛星接收第二級中繼衛星的測量數據，通過星載計算部件對第二級中繼衛星定軌，第二級中繼衛星接收第一級中繼衛星的測量數據，通過星載計算部件對第一級中繼衛星定軌；由于第一級和第三級張角太小，第一級對第三級或者第三級對第一級的定軌不容易實現，因此需要布設第二級衛星作為中繼星座。本發明利用第一、二、三級中繼衛星組成星座對行星際衛星導航。行星際衛星從地球發射后，到達第一級中繼衛星的覆蓋范圍時，接收第一級中繼衛星的導航信號，利用第一級中繼衛星對進入其覆蓋范圍內的所述行星際衛星定位導航；當所述行星際衛星到達第二級中繼衛星的覆蓋范圍時，接收第二級中繼衛星的導航信號，利用第二級中繼衛星對進入其覆蓋范圍內的所述星際衛星進行定位導航；當所述行星際衛星到達第三級中繼衛星的覆蓋范圍時，接收第三級中繼衛星的導航信號，利用第三級中繼衛星對進入其覆蓋范圍內的所述星際衛星進行定位導航；各級中繼衛星通信數據和所述行星際衛星的通信數據經衛星通信部件與所述衛星地面站通信或與各級中繼衛星通信。
6.可選地，第一級中繼衛星為地球同步軌道衛星。
7.可選地，地球與月球引力系統平動點設定區域軌道上的第二級中繼衛星，其中，所述平動點為地球—月球拉格朗日第四點、第五點、第二點；地球與太陽引力系統平動點設定區域軌道上的第二級中繼衛星，其平動點為地球—太陽拉格朗日第一點、第二點。其中，衛星軌道為在各平動點附近的暈(halo)軌道。
8.可選地，地球與太陽引力系統平動點設定區域軌道上的第三級中繼衛星，其中平動點為地球—太陽拉格朗日第四點、第五點；繞地球的暈(halo)軌道為暈軌道半徑小于0.2倍日地距離(0.2au)，暈軌道面為不平行于黃道面的衛星軌道。
9.本公開另一方面提出了一種多級中繼衛星星座行星際導航的系統，包括：
10.第一、二、三級中繼衛星組成的行星際導航星座，每一級中繼衛星星座至少有四顆衛星組成；地球軌道衛星組成第一級中繼衛星星座，地球與月球引力系統平動點設定區域軌道上的衛星以及地球與太陽引力系統平動點設定區域軌道上的衛星組成第二級中繼衛星星座，地球與太陽引力系統平動點設定區域軌道上的衛星以及繞地球的暈(halo)軌道衛星組成第三級中繼衛星星座；衛星地面站，用于對第一級中繼衛星導航；第一級中繼衛星對第二級中繼衛星導航，第二級中繼衛星對第三級中繼衛星導航；第三級中繼衛星對第二級中繼衛星導航，第二級中繼衛星對第一級中繼衛星導航；第一、二、三級中繼衛星對行星際衛星導航。
11.可選地，第一級中繼衛星為地球同步軌道衛星。
12.可選地，地球與月球引力系統平動點設定區域軌道上的第二級中繼衛星，其中平動點為地球—月球拉格朗日第四點、第五點、第二點；地球與太陽引力系統平動點設定區域軌道上的第二級中繼衛星，其中平動點為地球—太陽拉格朗日第一點、第二點；衛星軌道為在各平動點附近的暈(halo)軌道。
13.可選地，地球與太陽引力系統平動點設定區域軌道上的第三級中繼衛星，其中平動點為地球—太陽拉格朗日第四點、第五點；繞地球的暈(halo)軌道為暈軌道半徑小于0.2倍日地距離(0.2au)，暈軌道面不平行于黃道面的衛星軌道。
14.本公開的又一方面提出了一種計算機設備，包括存儲器及處理器，存儲器上存儲有可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，處理器執行計算機程序時實現上述多級中繼衛星行星際導航的方法的步驟。
15.可選地，經計算設備計算處理的衛星導航信號通過地面站向各級中繼衛星和行星際衛星發射，各級中繼衛星星歷和行星際衛星星歷數據經衛星通信部件向地面站發射，地面站接收星歷數據經計算設備進行計算處理。
16.可選地，經計算設備計算處理的衛星導航信號通過衛星通信部件向各級中繼衛星和行星際衛星發射，各級中繼衛星星歷和行星際衛星星歷數據經衛星通信部件向各級中繼衛星和行星際衛星發射，衛星接收星歷數據經計算設備進行計算處理。
17.有益效果：
18.本公開提出的一種多級中繼衛星星座行星際導航的方法，該方法通過選擇太陽系各系統之間的平動點設定區域軌道上，建立多級中繼衛星組成導航定位星座。在多級中繼衛星星座之間互相確定中繼衛星的軌道，進而通過多級中繼衛星實現行星際深空探測衛星的導航定位。該方法以平動點設定區域的軌道為基礎，組建較為穩定的導航定位星座，用較少的衛星實現地球至太陽的行星際探測衛星導航，能大幅度節省時間和投入。
附圖說明
19.圖1a示出了第一級中繼衛星星座示意圖。
20.圖1b示出了第二級中繼衛星星座示意圖。
21.圖1c示出了第三級中繼衛星星座示意圖。
22.圖2示意性示出了本公開實施例中導航方法流程圖。
23.圖3示意性示出了本公開另一實施例的計算機設備的框圖。
具體實施方式
24.為使本公開的目的、技術方案和優點更加清楚明白，以下結合具體細節，并參照附圖，對本公開進一步詳細說明。
25.對行星際探測器的導航定位是深空探測的關鍵技術之一，目前尚缺乏適用于地球至太陽之間的布設多級中繼衛星實現行星際衛星導航定位的方法。基于此，本公開提供一種行星際衛星導航的方法。
26.圖1示出了本公開多級中繼衛星行星際導航的方法的實現系統示意圖,如圖1所示,多級中繼衛星行星際導航的系統包括三級中繼衛星星座。如圖1a所示，地球軌道衛星組成第一級中繼衛星星座，第一級中繼衛星為地球同步軌道衛星。如圖1b所示，地球與月球引力系統平動點設定區域軌道上的衛星以及地球與太陽引力系統平動點設定區域軌道上的衛星組成第二級中繼衛星星座，第二級中繼衛星部分位于地球與月球引力系統平動點附近暈(halo)軌道上，該平動點為地球—月球拉格朗日第四點、第五點、第二點。第二級中繼衛星部分位于地球與太陽引力系統平動點附近暈(halo)軌道上，該平動點為地球—太陽拉格朗日第一點、第二點。如圖1c所示，地球與太陽引力系統平動點設定區域軌道上的衛星以及繞地球的暈(halo)軌道衛星組成第三級中繼衛星星座，第三級中繼衛星部分位于地球與太陽引力系統平動點設定區域的暈(halo)軌道上，該平動點為地球—太陽拉格朗日第四點、第五點，第三級中繼衛星部分位于繞地球的暈(halo)軌道為暈軌道半徑小于0.2倍日地距離(0.2au)的軌道上，優選的該暈軌道面垂直于黃道面。
27.圖2示意性示出了本公開實施例中導航方法流程圖。如圖2所示，利用多級中繼衛星實現行星際衛星導航定位的方法包括：
28.衛星地面站對第一級中繼衛星定軌；第一級中繼衛星對第二級中繼衛星定軌，第二級中繼衛星對第三級中繼衛星定軌；第三級中繼衛星對第二級中繼衛星定軌，第二級中繼衛星對第一級中繼衛星定軌；第一、二、三級中繼衛星對行星際衛星導航定位。
29.圖3示意性示出了根據本公開實施例的適于實現上文描述的多級中繼衛星星座行星際導航的方法的計算機設備的框圖。本領域技術人員可以理解，圖3中示出的結構，僅僅是與本公開實施例相關的部分結構的框圖，并不構成對本公開實施例所應用于其上的計算機設備的限定，具體的計算機設備可以包括比圖中所示更多或更少的部件，或者組合某些部件，或者具有不同的部件布置。
30.如圖3所示，該計算機設備300包括存儲器310及處理器320。該計算機設備300可以執行根據本公開實施例的方法。
31.具體地，處理器320例如可以包括通用微處理器、指令集處理器和/或相關芯片組和/或專用微處理器(例如，專用集成電路(asic))，等等。處理器320還可以包括用于緩存用
途的板載存儲器。處理器320可以是用于執行根據本公開實施例的方法流程的不同動作的單一處理單元或者是多個處理單元。
32.該計算機設備的存儲器310，例如可以是非易失性的計算機可讀存儲介質，具體示例包括但不限于：磁存儲裝置，如磁帶或硬盤(hdd)；光存儲裝置，如光盤(cd-rom)；存儲器，如隨機存取存儲器(ram)或閃存；等等。
33.存儲器310可以包括計算機程序311，該計算機程序311可以包括代碼/計算機可執行指令，其在由處理器320執行時使得處理器320執行根據本公開實施例的方法或其任何變形。
34.計算機程序311可被配置為具有例如包括計算機程序模塊的計算機程序代碼。例如，在示例實施例中，計算機程序311中的代碼可以包括一個或多個程序模塊，例如包括311a、模塊311b、
……
。應當注意，模塊的劃分方式和個數并不是固定的，本領域技術人員可以根據實際情況使用合適的程序模塊或程序模塊組合，當這些程序模塊組合被處理器320執行時，使得處理器320可以執行根據本公開實施例的方法或其任何變形。
35.本公開還提供了一種計算機可讀存儲介質，該計算機可讀存儲介質可以是上述實施例中描述的設備/裝置/系統中所包含的；也可以是單獨存在，而未裝配入該設備/裝置/系統中。上述計算機可讀存儲介質承載有一個或者多個程序，當上述一個或者多個程序被執行時，實現根據本公開實施例的方法。
36.根據本公開的實施例，計算機可讀存儲介質可以是非易失性的計算機可讀存儲介質，例如可以包括但不限于：便攜式計算機磁盤、硬盤、隨機訪問存儲器(ram)、只讀存儲器(rom)、可擦式可編程只讀存儲器(eprom或閃存)、便攜式緊湊磁盤只讀存儲器(cd-rom)、光存儲器件、磁存儲器件、或者上述的任意合適的組合。在本公開中，計算機可讀存儲介質可以是任何包含或存儲程序的有形介質，該程序可以被指令執行系統、裝置或者器件使用或者與其結合使用。
37.附圖中的流程圖和框圖，圖示了按照本公開各種實施例的系統、方法和計算機程序產品的可能實現的體系架構、功能和操作。在這點上，流程圖或框圖中的每個方框可以代表一個模塊、程序段、或代碼的一部分，上述模塊、程序段、或代碼的一部分包含一個或多個用于實現規定的邏輯功能的可執行指令。也應當注意，在有些作為替換的實現中，方框中所標注的功能也可以以不同于附圖中所標注的順序發生。例如，兩個接連地表示的方框實際上可以基本并行地執行，它們有時也可以按相反的順序執行，這依所涉及的功能而定。也要注意的是，框圖或流程圖中的每個方框、以及框圖或流程圖中的方框的組合，可以用執行規定的功能或操作的專用的基于硬件的系統來實現，或者可以用專用硬件與計算機指令的組合來實現。
38.以上的實施例僅僅是對本公開的優選實施方式進行描述，并非對本公開的范圍進行限定，在不脫離本公開設計精神的前提下，本領域普通技術人員對本公開的技術方案作出的各種變形和改進，均應落入本公開權利要求書確定的保護范圍內。
