具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种电离层探测小卫星网络规划方法，包括如下步骤：

步骤1，小卫星基本参数设定：

小卫星基本参数设定是指设定小卫星轨道高度和搭载载荷类型，为单颗小卫星的覆盖能力计算提供约束条件；

本实施例中，依据小卫星网络规划初步设计要求，小卫星轨道高度为1125km，观测方式为对地观测，为实现电离层观测，搭载载荷采用远紫外气辉成像仪，该系统可以通过远紫外波段气辉成像实现电离层电子密度参数的反演。其中远紫外气辉成像仪的对地俯视角范围为117度，法向为指向星下点方向。

步骤2，单颗小卫星的覆盖能力计算：

单颗小卫星的覆盖能力计算是指计算单颗小卫星的覆盖区域大小，为全球覆盖需要的小卫星数目提供设计依据；

本实施例中采用的小卫星轨道参数包括：轨道高度：1125km；偏心率：0度；轨道倾角：90度；近地点幅角：0度；升交点赤经：0度；真近点角：0度。

图2给出了单颗小卫星的对地覆盖区图。从图中可以看到，单颗小卫星可以覆盖约60°×60°的经纬度范围。因此，实现全球覆盖至少需要18颗小卫星，当然这样的配置在小卫星覆盖区之间会有较大的观测盲区。

步骤3，轨道参数对覆盖能力影响分析：

轨道参数对覆盖能力影响分析是指分析轨道倾角、升交点赤经和真近点角对覆盖特性的影响，进而选择优化轨道参数；

轨道倾角、升交点赤经和真近点角对覆盖特性的影响如图3所示，采用的小卫星轨道参数包括：轨道高度：1125km；偏心率：0度；轨道倾角：120度；近地点幅角：0度；升交点赤经：0度，60度，120度；真近点角：0度，45度，90度，135度，180度，225度，270度，315度。

从图中可以看到，真近点角主要影响对地覆盖区的纬向位置，升交点赤经主要影响对地覆盖区的经向位置，倾角主要影响覆盖区变化的走向。

步骤4，小卫星轨道参数设计与星座卫星数目选择：

小卫星轨道参数设计与星座卫星数目选择是指基于单颗小卫星的覆盖能力计算结果和轨道参数对覆盖能力影响分析结果，确定小卫星星座数目和轨道参数；

基于轨道参数对覆盖能力影响分析，初步选定小卫星数目为24颗（三轨）和32颗（四轨），轨道参数具体如下：

24颗小卫星组成的星座轨道参数如下：轨道高度：1125km；偏心率：0度；轨道倾角：90度；近地点幅角：0度；升交点赤经：0度，60度，120度；真近点角：0度，45度，90度，135度，180度，225度，270度，315度；32颗小卫星组成的星座轨道参数如下：轨道高度：1125km；偏心率：0度；轨道倾角：90度；近地点幅角：0度；升交点赤经：0度，45度，90度，135度；真近点角：0度，45度，90度，135度，180度，225度，270度，315度。

步骤5，组网小卫星观测能力评估与网络规划：

组网小卫星观测能力评估与网络规划是指对不同轨道参数的小卫星星座的全球覆盖特性进行计算，最终选定最优化观测网络。

对上述两个星座的全球覆盖特性进行计算，图4给出了24颗小卫星覆盖区图。与地面参数遥感不同，电离层高度的覆盖区会变小，因此在星星覆盖区之间存在间隙，而在极区则会出现多重覆盖情况，最多可实现5重覆盖。图5给出了24星星座覆盖次数全球占比图，其中覆盖盲区约为6.27%，全球覆盖百分比为93.73%，单次覆盖情况较多。图6给出了24星星座一个轨道周期内全球覆盖百分比的时间演化图，其中轨道周期为6468s。从图中可以看到全球覆盖百分比最小值为92.9656%，均值为93.8213%，最大值为94.6686%。

图7给出了32颗小卫星覆盖区图。从图中可以看到，覆盖盲区明显减少，多重覆盖情况增加，最多可实现7重覆盖。图8给出了32星星座覆盖次数全球占比图，其中覆盖盲区仅为0.8035%，全球覆盖百分比为99.1965%，两次覆盖情况显著增多。图9给出了32星星座一个轨道周期内全球覆盖百分比的时间演化图。从图中可以看到全球覆盖百分比最小值为98.4820%，均值为99.0931%，最大值为99.5557%。32星星座的整体观测能力有显著的提升，因此可以依据成本和观测需求等角度的综合评价，选定小卫星星座方案。

综上所述，本发明方法通过小卫星基本参数设定、单颗小卫星的覆盖能力计算、轨道参数对覆盖能力影响分析、小卫星轨道参数设计与星座卫星数目选择、组网小卫星观测能力评估与网络规划等步骤，实现了小卫星星座电离层观测能力的评价，对电离层探测小卫星网络规划设计和发展天基环境遥感体系具有重要意义。