面对日益频发的区域性应急任务,利用小卫星获取热点区域的空间信息具有迫切的现实需求。但是,单颗卫星的覆盖能力十分有限,而将多颗小卫星组网形成星座,是解决区域覆盖组网问题的有效途径。在此背景下,本文对热点区域覆盖小卫星组网设计与优化问题开展相关研究,完成了以下工作:1.卫星对地覆盖特性研究。首先讨论了卫星对地覆盖的性能指标;然后建立了卫星对地覆盖模型,研究了覆盖范围的计算方法和覆盖目标的判断条件,给出了覆盖计算流程;最后分析了卫星对地覆盖特性,讨论了卫星的对地覆盖范围和区域覆盖能力。2.面向热点区域的轨道分析与设计研究。首先分析了面向热点区域覆盖的轨道设计任务,选取了近地圆轨道作为区域覆盖任务的基本轨道类型,并分析了近地轨道主要摄动中的地球非球形摄动;然后采用数值仿真手段分析了轨道高度、轨道倾角、升交点赤经和初始纬度幅角等轨道参数对卫星对地覆盖性能的影响;最后针对热点区域覆盖的轨道设计问题,研究了对热点区域目标提供连续多圈覆盖且地面轨迹重复的轨道设计方法。3.热点区域覆盖组网设计与优化研究。首先对热点区域覆盖进行了任务分析,提出适合区域目标的组网覆盖方式是高频连续多圈覆盖;然后根据区域覆盖任务的特点,选择了共星下点轨迹星座作为区域覆盖的基本星座构型,分析了其原理及特性,研究了针对热点区域目标的卫星组网设计方法和流程,得到了组网方案;最后研究了基于遗传算法的区域覆盖组网优化方法,给出了仿真算例。4.基于轨道机动的区域覆盖组网研究。首先提出了基于轨道机动组网的方法,在分析轨道机动能力的基础上,比较了改变轨道高度、改变轨道倾角和改变轨道相位三种轨道机动方式的轨道机动范围;然后基于改变轨道倾角的轨道机动方式研究了单颗卫星的轨道机动范围和多颗卫星的覆盖区域拼接方法;最后给出了利用共星下点轨迹星座实现基于轨道机动的区域覆盖组网方案。本文关于热点区域覆盖小卫星组网设计与优化问题的研究成果,可以为区域性航天任务提供方案参考和技术支撑,具有重要的理论意义和应用价值。