一种针对环境监测中不连续区域覆盖的椭圆形轨道星座设计方法 魏毅，朱展霞

《Aerospace》：A DesignMethod for Elliptical Orbit Constellations Targeting Discontinuous Regional Coverage in Environmental Monitoring Yi Wei and Zhanxia Zhu

卫星星座设计优化研究。比较低地球轨道圆形与椭圆星座在覆盖性能、经济性和寿命上的差异，提出椭圆轨道专用设计方法。基于临界太阳同步重复椭圆轨道推导半长轴、偏心率等关键参数，构建包含k/n相位的星座配置模型，实现动态环境监测的精准覆盖。该模型通过数学关系量化星座重复因子、相位参数与覆盖指标，在秦岭山火监测中验证，24星星座达成1小时重访，证实了方法的经济性和适应性。

　　

摘要

卫星星座在区域遥感应用中得到了越来越多的使用，例如环境监测和灾害管理。然而，对于具有高重访频率的不连续区域来说，实现高效和及时的覆盖仍然是一个重大挑战。本研究首先比较了低地球圆形轨道和椭圆轨道卫星星座在覆盖性能、经济效益和轨道寿命方面的差异。基于这一比较，开发了一种专为不连续区域覆盖设计的椭圆轨道卫星星座方法。选择了一种关键的太阳同步重复椭圆轨道作为基准配置，并对其关键轨道参数（包括半长轴、偏心率和近地点角）进行了分析推导。此外，提出了一种灵活的卫星星座配置模型，该模型引入了一种改进的Walker启发式?????/?????/??模式。该模型建立了卫星星座的重复因子、相位参数和时间覆盖指标之间的直接数学关系，以系统地指导整个设计过程。在中国秦岭山脉的野火监测案例研究中，证明了所提出方法的可行性和有效性，使用24颗卫星的星座实现了对目标区域每小时一次的重访。研究结果表明，所提出的方法为遥感应用中的卫星星座设计提供了一个具有成本效益和适应性的框架，特别适合动态环境监测和应急响应任务。