引言

人造地球衛(wèi)星是人工研制和發(fā)射到運(yùn)行軌道上的一種空間飛行器（或航天器），是按照人的意志、為了人們的某種目的沿軌道運(yùn)行的特殊天體。其中，人造地球衛(wèi)星的運(yùn)行軌道直接決定了空間任務(wù)的觀測幾何、運(yùn)行環(huán)境，往往也決定了有效載荷的性能。所以，為了實(shí)現(xiàn)特定的空間任務(wù)目標(biāo)，人們通常結(jié)合人造衛(wèi)星的一階運(yùn)動(dòng)理論，根據(jù)其任務(wù)和應(yīng)用要求來選擇軌道。

目前，國內(nèi)對地觀測多采用太陽同步軌道，該軌道雖然具備覆蓋范圍廣，能保證衛(wèi)星每天在特定時(shí)刻飛臨指定區(qū)域等優(yōu)點(diǎn)，但該軌道傾角較高，對區(qū)域目標(biāo)的覆蓋效率較低[1-4]。近年來，伴隨著航天科技的高速發(fā)展，用戶對衛(wèi)星的對地觀測活動(dòng)提出了快速響應(yīng)和實(shí)時(shí)等高時(shí)間分辨率的應(yīng)用需求。特別是多個(gè)區(qū)域爆發(fā)突發(fā)事件可能性不斷增加的前提下，需要在沖突發(fā)生后快速、準(zhǔn)確地獲取信息，實(shí)現(xiàn)對可能爆發(fā)的突發(fā)事件的快速響應(yīng)。在此背景下，根據(jù)任務(wù)需求適時(shí)發(fā)射低傾角軌道衛(wèi)星，是一種經(jīng)濟(jì)、有效的應(yīng)對途徑[5-7]。

低傾角衛(wèi)星軌道要求單顆衛(wèi)星的星下點(diǎn)能夠?qū)崿F(xiàn)周期性的重復(fù)，從而保證在某天的固定時(shí)段或者全天候?qū)μ囟▍^(qū)域進(jìn)行連續(xù)覆蓋，覆蓋能力是評價(jià)該類軌道衛(wèi)星性能的重要指標(biāo)[8-11]。衛(wèi)星對特定區(qū)域的覆蓋能力模型受到衛(wèi)星性能、成像角度、光照條件、目標(biāo)狀態(tài)等諸多因素影響，是一個(gè)非常復(fù)雜的模型。

在研究該類衛(wèi)星軌道問題時(shí)，美國AGI公司推出的衛(wèi)星工具包（Satellite Tool Kit，STK）是支持航空航天任務(wù)全過程仿真的非常有效的工具，它可提供逼真的三維可視化動(dòng)態(tài)場景、精確的圖表、報(bào)告等多種仿真分析結(jié)果，對于衛(wèi)星的態(tài)勢評估、覆蓋分析、打擊效果評估等方面有著廣泛應(yīng)用；MATLAB是當(dāng)前工程應(yīng)用和科學(xué)計(jì)算領(lǐng)域最先進(jìn)的計(jì)算分析軟件，它提供了許多研究分析模塊和高級數(shù)學(xué)計(jì)算功能，能顯著增強(qiáng)STK軟件的計(jì)算分析能力，大大拓展了STK的應(yīng)用領(lǐng)域。

針對低傾角衛(wèi)星軌道的設(shè)計(jì)要求，本文在構(gòu)造好軌道優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上，互聯(lián)STK和MATLAB[12-14]，充分利用STK的覆蓋分析能力和MATLAB的遺傳算法（GA）工具箱，優(yōu)化設(shè)計(jì)出符合模型需求的最優(yōu)解。仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方法的可行性和有效性，并為其他復(fù)雜STK場景建模的任務(wù)提供了參考。

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作者信息：

趙文策，舒?zhèn)魅A，王盛璽

（太原衛(wèi)星發(fā)射中心技術(shù)部，山西 太原 030027）