本發(fā)明屬于航天器任務(wù)分析領(lǐng)域，具體涉及一種小規(guī)模衛(wèi)星星座構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

背景技術(shù)：

隨著衛(wèi)星應(yīng)用領(lǐng)域以及應(yīng)用需求的拓展，越來(lái)越多的飛行任務(wù)僅靠單星已無(wú)法完成，由多顆衛(wèi)星組成的衛(wèi)星星座早已在實(shí)際任務(wù)中得到廣泛應(yīng)用。如面向?qū)Ш綉?yīng)用的GPS星座、北斗星座等；面向通信應(yīng)用的銥星星座；面向軍事偵察的白云星座等等。大規(guī)模的衛(wèi)星星座功能強(qiáng)大，但建設(shè)周期往往比較長(zhǎng)；小規(guī)模衛(wèi)星星座即兼顧了星座建設(shè)周期，又兼顧了星座的覆蓋效能，在軍民應(yīng)用領(lǐng)域都有重要的應(yīng)用前景。

星座是多顆衛(wèi)星按照一定的規(guī)則構(gòu)型組合在一起，共同完成某特定任務(wù)的衛(wèi)星集合。星座的構(gòu)型設(shè)計(jì)的好壞，對(duì)星座的覆蓋效能有著至關(guān)重要的影響。星座的構(gòu)型的優(yōu)化設(shè)計(jì)是衛(wèi)星研制方進(jìn)行星座任務(wù)分析的首要任務(wù)。

星座構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計(jì)本質(zhì)上是求解非線性參數(shù)規(guī)劃問題，其核心包括兩大部分，一是優(yōu)化算法本身，二是滿足各種約束條件的星座覆蓋性能指標(biāo)計(jì)算。針對(duì)優(yōu)化算法本身，國(guó)內(nèi)外學(xué)者已經(jīng)開發(fā)了多種優(yōu)化算法，如遺傳算法、粒子群優(yōu)化算法、模擬退火優(yōu)化算法等，這些算法都大同小異；針對(duì)星座覆蓋性能指標(biāo)的計(jì)算，往往工作量很大，尤其是在工程應(yīng)用中，需根據(jù)不同衛(wèi)星載荷工作特點(diǎn)，考慮不同的約束條件，統(tǒng)計(jì)不同的性能指標(biāo)。面對(duì)快速變化的衛(wèi)星星座應(yīng)用需求，提供一種快速、高效、穩(wěn)定的星座構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計(jì)方法具有重要價(jià)值。

MATLAB軟件在科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。其優(yōu)化算法工具包中已經(jīng)集成了遺傳算法，該算法接口規(guī)范、運(yùn)行穩(wěn)定。對(duì)于星座構(gòu)型優(yōu)化，采用MATLAB提供的遺傳算法，將節(jié)省了大量的工作。

STK軟件在航天任務(wù)仿真中應(yīng)用廣泛，在星座覆蓋分析方面，它具有強(qiáng)大的計(jì)算能力，能夠快速計(jì)算滿足多種約束情況下的衛(wèi)星星座對(duì)點(diǎn)、線、區(qū)域、全球目標(biāo)的覆蓋效能，并能統(tǒng)計(jì)多種性能指標(biāo)。同時(shí)STK還提供豐富的MATLAB接口函數(shù)，方便用戶通過MATLAB調(diào)用STK，進(jìn)行任務(wù)分析。

本發(fā)明針對(duì)小規(guī)模衛(wèi)星星座的構(gòu)型優(yōu)化的應(yīng)用需求，結(jié)合MATLAB軟件和STK軟件的優(yōu)勢(shì)，提出一種快速小規(guī)模衛(wèi)星星座的構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種利用商業(yè)軟件，簡(jiǎn)單、快速進(jìn)行衛(wèi)星星座構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種小規(guī)模衛(wèi)星星座構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計(jì)方法，所述的小規(guī)模衛(wèi)星星座，衛(wèi)星數(shù)量小于等于六顆，軌道平面數(shù)小于三個(gè)，星座內(nèi)各衛(wèi)星的軌道半長(zhǎng)軸、軌道傾角、軌道偏心率均相同；星座構(gòu)型優(yōu)化在于設(shè)計(jì)星座內(nèi)各衛(wèi)星的相位關(guān)系，使得星座對(duì)某區(qū)域目標(biāo)的覆蓋性能指標(biāo)最優(yōu)，其步驟如下：

(1)構(gòu)建星座構(gòu)型優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型；

星座構(gòu)型優(yōu)化描述為：通過設(shè)計(jì)描述星座構(gòu)型的參數(shù)X，使得在滿足設(shè)計(jì)約束條件Constraint的前提下，該星座對(duì)用戶重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域的覆蓋效能Obj＝f(X)最優(yōu)，數(shù)學(xué)模型為：

min Obj＝f(X)

st.Constraint

所述星座構(gòu)型的參數(shù)X包括各顆衛(wèi)星的軌道六根數(shù)：軌道半長(zhǎng)軸、軌道傾角、軌道偏心率、升交點(diǎn)赤經(jīng)、近地點(diǎn)幅角和平近點(diǎn)角；星座中各衛(wèi)星的軌道半長(zhǎng)軸、軌道傾角、軌道偏心率均相同并已知，星座構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計(jì)變量為星座內(nèi)各衛(wèi)星的升交點(diǎn)赤經(jīng)、近地點(diǎn)幅角和平近點(diǎn)角三個(gè)參數(shù)；

(2)任意給定一組步驟(1)中的星座構(gòu)型參數(shù)，升交點(diǎn)赤經(jīng)，近地點(diǎn)幅角，平近點(diǎn)角，在STK中建立場(chǎng)景，完成星座對(duì)目標(biāo)區(qū)域的覆蓋效能的定義；

(3)編寫基于MATLAB遺傳算法工具包的星座優(yōu)化程序，結(jié)合STK求解星座構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，得到最優(yōu)的星座構(gòu)型參數(shù)，從而完成衛(wèi)星星座構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計(jì)。

在所述步驟(3)中，還需要在STK中，對(duì)構(gòu)型優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

所述步驟(2)實(shí)現(xiàn)如下：

(21)在STK中新建一個(gè)場(chǎng)景Scenario；

(22)在場(chǎng)景Scenario中添加一個(gè)區(qū)域?qū)ο驛reaTarget，用來(lái)定義星座重點(diǎn)覆蓋的目標(biāo)區(qū)域，打開區(qū)域?qū)ο蟮膶傩栽O(shè)置，在Basic->Boundary中，通過添加區(qū)域的頂點(diǎn)來(lái)定義區(qū)域；

(23)在場(chǎng)景Scenario中添加若干衛(wèi)星Satellite，分別用來(lái)定義星座中的各顆衛(wèi)星，各衛(wèi)星軌道參數(shù)采用默認(rèn)值；

(24)在場(chǎng)景Scenario中分別給各衛(wèi)星對(duì)象Satellite添加傳感器Sensor，用來(lái)定義衛(wèi)星載荷視場(chǎng)能力范圍，分別打開傳感器Sensor對(duì)象的屬性設(shè)置，在Basic->Definition中，定義傳感器Sensor錐角范圍；

(25)在場(chǎng)景Scenario中添加一個(gè)星座對(duì)象Constellation，用來(lái)定義衛(wèi)星載荷視場(chǎng)能力范圍的集合，打開星座對(duì)象的屬性設(shè)置，在Basic->Definition中，將描述衛(wèi)星載荷能力范圍的各個(gè)傳感器都添加到星座的集合中AssignedObjects；

(26)在場(chǎng)景Scenario中添加一個(gè)覆蓋定義對(duì)象CoverageDefinition，用來(lái)定義星座對(duì)目標(biāo)區(qū)域的覆蓋，打開覆蓋對(duì)象的屬性設(shè)置，在Basic->Grid中，選擇Grid Area of Interest的type為Custom Regions，并在Select Regions中，選擇目標(biāo)區(qū)域?qū)ο?；設(shè)置目標(biāo)區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格劃分的顆粒度Grid Definition->Point Granularity；在Basic->Assets中，將星座對(duì)象選中，并點(diǎn)擊Assign，完成星座對(duì)區(qū)域內(nèi)按設(shè)定顆粒度劃分的所有點(diǎn)目標(biāo)的覆蓋定義；

(27)在場(chǎng)景Scenario中給覆蓋定義對(duì)象CoverageDefinition添加一個(gè)效能統(tǒng)計(jì)對(duì)象FigureOfMerit，用來(lái)統(tǒng)計(jì)星座對(duì)目標(biāo)區(qū)域的覆蓋效能，打開效能統(tǒng)計(jì)對(duì)象的屬性設(shè)置，在Basic->Definition中，選擇統(tǒng)計(jì)相應(yīng)的覆蓋效能。

所述步驟(3)實(shí)現(xiàn)如下：

(31)初始化MATLAB與STK的連接，即關(guān)鍵MATLAB函數(shù)：stkInit，stkOpen；

(31)以星座中每顆衛(wèi)星的升交點(diǎn)赤經(jīng)、近地點(diǎn)幅角和平近點(diǎn)角三個(gè)參數(shù)為設(shè)計(jì)變量，分別設(shè)置設(shè)計(jì)變量的上邊界UB和下邊界LB；

(32)利用遺傳算法的機(jī)制，不斷迭代更新每顆衛(wèi)星的三個(gè)設(shè)計(jì)變量的取值，并計(jì)算不同取值情況下星座的覆蓋性能指標(biāo)，直到遺傳算法程序收斂退出，得到優(yōu)化后的每顆衛(wèi)星的三個(gè)設(shè)計(jì)變量的最終參數(shù)。

所述步驟(32)中計(jì)算不同取值情況下星座的覆蓋性能指標(biāo)過程為：

在給定星座內(nèi)每顆衛(wèi)星三個(gè)設(shè)計(jì)變量的取值的情況下，星座內(nèi)相關(guān)幾顆衛(wèi)星的軌道參數(shù)全部已知，通過STK提供的MATLAB接口函數(shù)，更新STK場(chǎng)景中相關(guān)幾顆衛(wèi)星對(duì)象的軌道；

更新星座對(duì)用戶重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域的覆蓋計(jì)算，通過重新計(jì)算星座覆蓋定義對(duì)象CoverageDefinition來(lái)實(shí)現(xiàn)；

重新計(jì)算星座對(duì)用戶重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域的覆蓋性能指標(biāo)，通過獲取效能統(tǒng)計(jì)對(duì)象FigureOfMerit按緯度分布的覆蓋效能報(bào)告來(lái)實(shí)現(xiàn)。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點(diǎn)在于：本發(fā)明的方法簡(jiǎn)單，主要利用商業(yè)軟件MATLAB和STK作為工具進(jìn)行仿真分析。其核心創(chuàng)新點(diǎn)在于提出了一種新的計(jì)算星座構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計(jì)的方法，通過結(jié)合MATLAB在數(shù)值優(yōu)化方面和STK軟件在星座覆蓋分析方面的優(yōu)勢(shì)，利用MATLAB完成遺傳算法計(jì)算，利用STK完成星座覆蓋效能計(jì)算，通過STK和MATLAB的接口函數(shù)實(shí)現(xiàn)二者的數(shù)據(jù)交互，從而大大提高了星座構(gòu)型優(yōu)化的效率。該方法編碼簡(jiǎn)潔，具有較好的普適性，并已在型號(hào)任務(wù)的研制過程中得到了應(yīng)用。

附圖說明

圖1為本發(fā)明利用MATLAB遺傳算法工具包求解星座構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計(jì)的流程框圖；

圖2定義AreaT區(qū)域?qū)ο螅?/p>

圖3定義CovD覆蓋定義對(duì)象。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。

(一)構(gòu)建星座構(gòu)型優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型

星座對(duì)用戶重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域的覆蓋特性是星座構(gòu)型設(shè)計(jì)需要考慮的重要指標(biāo)之一。重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域范圍由用戶提供，是星座構(gòu)型設(shè)計(jì)的輸入條件。星座對(duì)區(qū)域的覆蓋性能指標(biāo)，根據(jù)星座任務(wù)特點(diǎn)而定。如偵察、通信衛(wèi)星，更關(guān)注星座對(duì)區(qū)域的時(shí)間分辨率(最大覆蓋間隙)，而遙感衛(wèi)星，更關(guān)注單位時(shí)間內(nèi)星座對(duì)區(qū)域的覆蓋次數(shù)。

星座中各顆衛(wèi)星的載荷視場(chǎng)大小、工作模式、由衛(wèi)星總體和載荷單位聯(lián)合提供，也是星座構(gòu)型優(yōu)化設(shè)計(jì)的重要輸入條件。

星座中，單顆衛(wèi)星的軌道類型、軌道高度、半長(zhǎng)軸、偏心率在任務(wù)分析階段確定。需要設(shè)計(jì)的是星座中衛(wèi)星與衛(wèi)星之間的相位關(guān)系，即星座的構(gòu)型。星座構(gòu)型的設(shè)計(jì)變量即為各顆衛(wèi)星的升交點(diǎn)赤經(jīng)、近地點(diǎn)幅角和平近點(diǎn)角三個(gè)參數(shù)。

星座構(gòu)型優(yōu)化描述為：通過設(shè)計(jì)描述星座構(gòu)型的參數(shù)X，使得在滿足設(shè)計(jì)約束條件Constraint的前提下，該星座對(duì)用戶重點(diǎn)關(guān)注區(qū)域的覆蓋效能Obj＝f(X)最優(yōu)。數(shù)學(xué)模型為：

min Obj＝f(X)

st.Constraint

(二)在STK中建立場(chǎng)景，完成星座對(duì)目標(biāo)區(qū)域的覆蓋的定義

在STK中初步建立場(chǎng)景，計(jì)算星座對(duì)目標(biāo)區(qū)域的覆蓋。具體操作步驟為：

●打開STK軟件，新建一個(gè)場(chǎng)景(Scenario)。

●在場(chǎng)景中添加一個(gè)區(qū)域?qū)ο?AreaTarget)，用來(lái)定義星座重點(diǎn)覆蓋的目標(biāo)區(qū)域。雙擊打開區(qū)域?qū)ο蟮膶傩栽O(shè)置，在Basic->Boundary中，通過添加區(qū)域的頂點(diǎn)來(lái)定義區(qū)域。

●在場(chǎng)景中添加若干衛(wèi)星(Satellite)，分別用來(lái)定義星座中的各顆衛(wèi)星。各衛(wèi)星軌道參數(shù)采用默認(rèn)值。

●在場(chǎng)景中分別給各衛(wèi)星對(duì)象(Satellite)添加傳感器(Sensor)，用來(lái)定義衛(wèi)星載荷視場(chǎng)能力范圍。分別雙擊打開傳感器對(duì)象的屬性設(shè)置，在Basic->Definition中，定義傳感器錐角范圍。

●在場(chǎng)景中添加一個(gè)星座對(duì)象(Constellation)，用來(lái)定義衛(wèi)星載荷視場(chǎng)能力范圍(Sensor)的集合。雙擊打開星座對(duì)象的屬性設(shè)置，在Basic->Definition中，將描述衛(wèi)星載荷能力范圍的各個(gè)傳感器都添加到星座的集合中(Assigned Objects)。

●在場(chǎng)景中添加一個(gè)覆蓋定義對(duì)象(CoverageDefinition)，用來(lái)定義星座對(duì)目標(biāo)區(qū)域的覆蓋。雙擊打開覆蓋對(duì)象的屬性設(shè)置，在Basic->Grid中，選擇Grid Area of Interest的type為Custom Regions，并在Select Regions中，選擇目標(biāo)區(qū)域?qū)ο?；設(shè)置目標(biāo)區(qū)域內(nèi)網(wǎng)格劃分的顆粒度(Grid Definition->Point Granularity)；在Basic->Assets中，將星座對(duì)象選中，并點(diǎn)擊Assign。完成星座對(duì)區(qū)域內(nèi)按設(shè)定顆粒度劃分的所有點(diǎn)目標(biāo)的覆蓋定義。

●在場(chǎng)景中給覆蓋定義對(duì)象(CoverageDefinition)添加一個(gè)效能統(tǒng)計(jì)對(duì)象(FigureOfMerit)，用來(lái)統(tǒng)計(jì)星座對(duì)目標(biāo)區(qū)域的覆蓋效能(如時(shí)間分辨率)。雙擊打開效能統(tǒng)計(jì)對(duì)象的屬性設(shè)置，在Basic->Definition中，選擇統(tǒng)計(jì)相應(yīng)的覆蓋效能。

(三)編寫基于MATLAB遺傳算法工具包的星座優(yōu)化程序，結(jié)合STK求解星座優(yōu)化設(shè)計(jì)問題

在MATLAB中，提供多種遺傳算法接口調(diào)用方式。本發(fā)明中用到的MATLAB遺傳算法接口函數(shù)為

x＝ga(Objfcn,N,[],[],[],[],LB,UB)

其中Objfcn表示目標(biāo)函數(shù)、N為設(shè)計(jì)變量的個(gè)數(shù)、LB和UB分別表示設(shè)計(jì)變量取值的下邊界和上邊界，x為遺傳算法求解的最優(yōu)解?；贛ATLAB遺傳算法工具包，求解星座構(gòu)型優(yōu)化的程序分為主程序和計(jì)算星座覆蓋性能指標(biāo)的子程序(Objfcn)。如圖1所示，兩部分程序中的主要過程及用到的關(guān)鍵MATLAB函數(shù)如下：

●主程序：

A.初始化MATLAB與STK的連接(關(guān)鍵MATLAB函數(shù)：stkInit，stkOpen)

B.設(shè)置星座構(gòu)型的參數(shù)X的上邊界UB和下邊界LB。

C.利用遺傳算法的機(jī)制，不斷迭代更新參數(shù)X的取值，并計(jì)算不同取值情況下星座的覆蓋性能指標(biāo)，直到遺傳算法程序退出，得到優(yōu)化后的設(shè)計(jì)變量。(關(guān)鍵MATLAB函數(shù)：ga)

●計(jì)算星座覆蓋性能指標(biāo)的子程序(Objfcn)：

A.在給定一組參數(shù)X的取值的情況下，星座中各顆衛(wèi)星的軌道參數(shù)全部已知。通過STK提供的MATLAB接口函數(shù)stkSetPropClassical，更新STK場(chǎng)景中各顆衛(wèi)星的軌道。(關(guān)鍵MATLAB函數(shù)：stkSetPropClassical)

B.利用STK提供的MATLAB接口函數(shù)stkExec，執(zhí)行STK/Connect指令，在STK中計(jì)算更新后的星座對(duì)目標(biāo)區(qū)域的覆蓋。。

C.利用STK提供的MATLAB接口函數(shù)stkReport，提取更新后的星座對(duì)目標(biāo)區(qū)域的覆蓋性能指標(biāo)按緯度分布的報(bào)告。

D.對(duì)按緯度分布的覆蓋性能指標(biāo)取平均，得到更新后的星座對(duì)目標(biāo)區(qū)域內(nèi)所有點(diǎn)的平均覆蓋效能。

(四)在STK中，對(duì)構(gòu)型優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證

在完成步驟(三)后，得到最優(yōu)的星座構(gòu)型參數(shù)取值X。在STK場(chǎng)景中，更新星座中各顆衛(wèi)星的軌道參數(shù)，計(jì)算星座對(duì)目標(biāo)區(qū)域的覆蓋，進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

實(shí)施案例：

假設(shè)仿真輸入條件如下：

●區(qū)域目標(biāo)為(東經(jīng)110度，北緯15度)到(東經(jīng)120度，北緯25度)的矩形區(qū)域。

●星座由四顆橢圓軌道衛(wèi)星組成，四顆衛(wèi)星兩兩分布在兩個(gè)軌道平面上，同軌道面內(nèi)兩顆衛(wèi)星的升交點(diǎn)赤經(jīng)完全相同。單星的半長(zhǎng)軸為12000km，偏心率為0.4，軌道傾角為63.4度。

●衛(wèi)星能夠?qū)π窍曼c(diǎn)60度范圍內(nèi)區(qū)域覆蓋。

●星座優(yōu)化目標(biāo)為時(shí)間分辨率最小。

按照本發(fā)明方法，計(jì)算過程如下：

(一)構(gòu)建星座構(gòu)型優(yōu)化的數(shù)學(xué)模型；

區(qū)域覆蓋星座由四顆衛(wèi)星組成，星座中各星的軌道半長(zhǎng)軸、偏心率、軌道傾角、近地點(diǎn)幅角都相同。所述星座構(gòu)型是指衛(wèi)星與衛(wèi)星之間的相位關(guān)系，用升交點(diǎn)赤經(jīng)、平近點(diǎn)角來(lái)表示，如表1所示，表中X(1)、X(2)、X(3)、X(4)、X(5)、X(6)分別表示6個(gè)星座構(gòu)型相關(guān)的設(shè)計(jì)變量。

表1星座構(gòu)型關(guān)系

定義星座的構(gòu)型優(yōu)化目標(biāo)是通過合理設(shè)計(jì)四顆衛(wèi)星的構(gòu)型，使得星座對(duì)某區(qū)域的時(shí)間分辨率覆蓋特性最優(yōu)。星座的時(shí)間分辨率又叫星座的最大覆蓋間隙，描述為衛(wèi)星星座對(duì)地面上某點(diǎn)連續(xù)兩次觀測(cè)之間最長(zhǎng)的間隔時(shí)長(zhǎng)。

星座構(gòu)型設(shè)計(jì)變量，即表中的X(1)、X(2)、X(3)、X(4)、X(5)、X(6)，都有自己的約束范圍。這6個(gè)設(shè)計(jì)變量的取值范圍都是0～360度。

星座優(yōu)化可以寫成標(biāo)準(zhǔn)形式如下：

min Obj＝f(X)

st.0≤X≤360°

其中目標(biāo)函數(shù)Obj＝f(X)為星座對(duì)目標(biāo)區(qū)域的平均時(shí)間分辨率，與星座構(gòu)型相關(guān)參數(shù)X的取值有關(guān)，是一個(gè)非線性函數(shù)；星座構(gòu)型相關(guān)參數(shù)X為6維的數(shù)組，取值范圍為0～360度。

(二)在STK中建立場(chǎng)景，完成星座對(duì)目標(biāo)區(qū)域的覆蓋的定義

在STK中初步建立場(chǎng)景，計(jì)算星座對(duì)區(qū)域目標(biāo)覆蓋。具體操作步驟為：

●打開STK軟件，新建一個(gè)場(chǎng)景(Scenario)，命名為“MatlabStk”。

●在場(chǎng)景中添加一個(gè)區(qū)域目標(biāo)對(duì)象(AreaTarget)，命名為“AreaT”，用來(lái)定義星座重點(diǎn)覆蓋的區(qū)域。雙擊打開AreaT對(duì)象的屬性設(shè)置，在Basic->Boundary中，通過添加AreaT區(qū)域的頂點(diǎn)來(lái)定義區(qū)域。輸入AeraT區(qū)域?qū)ο蟮乃膫€(gè)頂點(diǎn)為(15N,110E)、(15N,120E)、(25N,120E)、(25N、110E)，則AeraT定義的區(qū)域如科2所示，圖2定義AreaT區(qū)域?qū)ο螅?/p>

●在場(chǎng)景中添加四顆衛(wèi)星(Satellite)，分別命名為“S1”、“S2”、“S3”、“S4”，用來(lái)定義星座中的四顆衛(wèi)星。衛(wèi)星軌道參數(shù)采用默認(rèn)值。

●在場(chǎng)景中分別給衛(wèi)星對(duì)象S1、S2、S3、S4添加一個(gè)傳感器(Sensor)，分別命名為“Sensor1”、“Sensor2”、“Sensor3”、“Sensor4”，用來(lái)定義衛(wèi)星載荷的視場(chǎng)范圍。分別雙擊打開Sensor1、Sensor2、Sensor3、Sensor4對(duì)象的屬性設(shè)置，在Basic->Definition中，將Sensor的半錐角(Cone Half Angle)定義為60度，表示衛(wèi)星的載荷視場(chǎng)范圍為星下點(diǎn)側(cè)擺60度的范圍。

●在場(chǎng)景中添加一個(gè)星座對(duì)象(Constellation)，并命名為“Con”，用來(lái)定義衛(wèi)星載荷的集合。雙擊打開Con對(duì)象的屬性設(shè)置，在Basic->Definition中，將Sensor1、Sensor2、Sensor3、Sensor4添加到Con的集合中(Assigned Objects)。

●在場(chǎng)景中添加一個(gè)覆蓋定義對(duì)象(CoverageDefinition)，并命名為“CovD”，用來(lái)定義四顆衛(wèi)星載荷的集合Con對(duì)目標(biāo)區(qū)域AreaT的覆蓋。雙擊打開CovD對(duì)象的屬性設(shè)置，在Basic->Grid中，選擇Grid Area of Interest的type為Custom Regions，并在Select Regions中，選擇AreaT對(duì)象；設(shè)置Grid Definition中的Point Granularity為L(zhǎng)at/Lon 1度；在Basic->Assets中，將Con對(duì)象選中，并點(diǎn)擊Assign。完成該步驟后，可以在STK的二維窗口中看到，AreaT區(qū)域中，按經(jīng)緯度1度的間隔，填充了許多點(diǎn)，如科3所示，圖3定義CovD覆蓋定義對(duì)象

●在場(chǎng)景中給CovD對(duì)象添加一個(gè)效能統(tǒng)計(jì)對(duì)象(FigureOfMerit)，并命名為“FoM”，用來(lái)統(tǒng)計(jì)星座Con對(duì)區(qū)域AreaT的最大重訪間隔覆蓋效能(時(shí)間分辨率)。雙擊打開FoM對(duì)象的屬性設(shè)置，在Basic->Definition中，選擇Definition的Type為Revisit Time，選擇Compute為Maximum。

(三)在MATLAB中編寫星座優(yōu)化的遺傳算法程序，結(jié)合STK求解星座優(yōu)化設(shè)計(jì)問題；

基于MATLAB遺傳算法工具包，求解星座構(gòu)型優(yōu)化的步驟及用到的MATLAB函數(shù)如下：

●主程序：

初始化MATLAB與STK的連接(關(guān)鍵MATLAB函數(shù)：stkInit，stkOpen)

設(shè)置六個(gè)設(shè)計(jì)變量X(1)、X(2)、X(3)、X(4)、X(5)、X(6)的上邊界UB和下邊界LB。

利用遺傳算法的機(jī)制，不斷迭代更新六個(gè)設(shè)計(jì)變量的取值，并計(jì)算不同取值情況下星座的覆蓋性能指標(biāo)，直到遺傳算法程序退出，得到優(yōu)化后的六個(gè)設(shè)計(jì)變量。(關(guān)鍵MATLAB函數(shù)：ga)

●計(jì)算星座覆蓋性能指標(biāo)的程序(Objfcn)：

在給定一組X(1)、X(2)、X(3)、X(4)、X(5)、X(6)取值的情況下，四顆衛(wèi)星的軌道參數(shù)全部已知。通過STK提供的MATLAB接口函數(shù)，更新MatlabStk場(chǎng)景中S1、S2、S3、S4衛(wèi)星對(duì)象的軌道。(關(guān)鍵MATLAB函數(shù)：stkSetPropClassical)

重新計(jì)算覆蓋定義對(duì)象CovD。(關(guān)鍵MATLAB函數(shù)：stkExec；STK/Connect指令‘Cov MatlabStk/CoverageDefinition/CovD Access Compute’)。

獲取覆蓋性能指標(biāo)CovD/FoM的報(bào)告。(關(guān)鍵MATLAB函數(shù)：stkReport；報(bào)告類型，Value by Latitude)。

對(duì)按緯度分布的覆蓋性能指標(biāo)取平均，得到該星座構(gòu)型情況下，對(duì)區(qū)域AreaT內(nèi)所有點(diǎn)的平均最大覆蓋間隔(時(shí)間分辨率)。

(四)在STK中，對(duì)構(gòu)型優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行仿真驗(yàn)證

在完成步驟(三)后，得到最優(yōu)的星座構(gòu)型參數(shù)取值X。在STK場(chǎng)景中，更新星座中各顆衛(wèi)星的軌道參數(shù)，計(jì)算星座對(duì)目標(biāo)區(qū)域的覆蓋，進(jìn)行仿真驗(yàn)證。

本發(fā)明說明書中未作詳細(xì)描述的內(nèi)容，尤其是關(guān)于STK的操作方法，均屬本領(lǐng)域技術(shù)人員的公知技術(shù)。