卫星轨道的覆盖特性

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卫星轨道的覆盖特性

卫星轨道的覆盖特性是设计卫星轨道完成空间任务的基础。空间快速响应任务多用于为特定地区提供通信、 侦察和监视服务， 因此， 快速响应轨道的设计也多着眼于覆盖局部地区。

快速响应轨道可实现对地面区域的快速覆盖，对地面区域的连续覆盖或高频率覆盖则采用卫星星座（对于低轨卫星星座而言， 不间断的高频率覆盖构成连续覆盖） 。

对地面的多重覆盖常采用 Walker星座， 全球覆盖则可采用极轨卫星星座。充分考虑卫星轨道的对地覆盖特性， Wertz介绍了几种典型快速响应轨道并分析了它们的覆盖能力、 快速响应能力和应用前景， 初步讨论了典型轨道在快速响应侦察和通信中的应用可行性， 分析了倾斜轨道对地面目标进行连续覆盖（或高频率覆盖）以及椭圆轨道对地面目标进行持续覆盖的优势， 还对近地快速覆盖轨道和近地重复覆盖轨道应用于快速响应侦察的航天器平台、 载荷、 发射等支撑技术进行了详细论述  。Wertz 首次从快速响应角度分析和设计卫星轨道， 为卫星轨道设计开辟了新的视角。Eves 概略介绍了区域覆盖卫星星座设计所需考虑的问题， 包括传感器设计、 平台设计、 轨道选择、 在轨操作、 通信、 冗余设计、 测试和发射等空间快速响应相关技术， 初步论述了快速响应卫星和星座的应用原则。

倾斜轨道可实现对局部地区的长时间高频率覆盖。Larrimore 采用倾斜轨道卫星星座实现对地面区域的连续覆盖，并分析了倾斜轨道星座相对于极轨轨道星座覆盖地面目标的优势。Sengupta 讨论了覆盖地面目标的倾斜卫星轨道设计和轨道维持问题。当需要对地面目 标进行连续覆盖或高频率覆盖时，倾斜轨道具有较大的优势。

卫星在椭圆轨道的远地点可对地面目标进行长时间持续覆盖。Kantsiper 等人采用大椭圆轨道设计卫星星座实现了对地面区域的持续覆盖。当需要对地面目标进行持续覆盖时， 椭圆轨道是一个较好的选择。

传统的全球覆盖和多重覆盖的研究已经比较成熟， 对局部地区和重点目标的覆盖是卫星对地覆盖的新的研究方向。近地快速覆盖轨道、 近地重复覆盖轨道（或倾斜轨道） 以及椭圆轨道分别可实现对地面目标的快速覆盖、 高频率覆盖和持续覆盖。

受大气阻力和其它摄动因素的影响，卫星的轨道高度逐渐衰减， 卫星星下点轨迹会逐渐偏离标称星下点轨迹。若空间任务对卫星星下点轨迹要求较高，需进行星下点轨迹保持。例如， ENVISAT [101] 和 JASON卫星采用回归轨道，要求卫星的实际星下点轨迹与标称星下点轨迹在赤道上的偏差小于± 1km。通过调整卫星轨道高度， 可使卫星星下点轨迹在赤道上的偏差在给定阈值范围内变化， 从而使卫星星下点轨迹精度达到预定指标。

相关研究和结论为快速响应轨道的设计和星下点轨迹保持提供了一个较好的研究基础。

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