[發明專利]一種用于編隊衛星在軌運行安全的防碰控制方法

無效

• 申請號: 201010585983.1
• 申請日: 2010-12-13
• 公開（公告）號: CN102040008A
• 公開（公告）日: 2011-05-04
• 發明（設計）人: 鄧忠民;羅媛媛;孫伶俐;張薇;畢司峰;范遠科
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 北京永創新實專利事務所 11121
• 代理人: 李有浩

技術領域

本發明涉及一種預防碰撞的方法，更特別地說，是指一種用于編隊衛星在軌運行安全的防碰控制方法。

背景技術

在編隊衛星隊形初始化、隊形調整及重構的過程中，由各衛星之間相對距離的變化而導致的碰撞問題不可忽視；即使衛星編隊不做軌道機動，由于作用在編隊各衛星上的擾動不同，衛星編隊也會逐漸脫離原有的構型。編隊衛星相距較近，相對運動軌跡與設計軌跡的任何偏離都有可能導致兩個或者更多衛星發生碰撞，從而導致嚴重后果。因此，編隊衛星在軌運行時，為保證其能安全而高效的完成任務，需要考慮碰撞的可能性進而施加防碰措施，為高安全性、高經濟性的編隊飛行衛星群實際應用奠定基礎，這對于空間編隊機動系統和平臺的設計應用具有重要的意義。

1、編隊衛星安全防碰管理現狀及其存在的問題

編隊衛星安全防碰目前沒有統一的評定標準與控制方法。在過去所采用的方法中：

文獻《衛星編隊飛行隊形重構防碰撞方法研究》【田繼超.[J].宇航學報，2009，50(4)：1525-1530.】中對碰撞概率的確定是一種比較典型的確定方法，該方法根據衛星之間相對距離定義碰撞概率，描述衛星之間碰撞的可能性，該方法的缺點是，只考慮了衛星之間的相對距離，而忽略了其他擾動因素、誤差與衛星形狀對碰撞可能性造成的影響，使得到的碰撞概率不夠準確，且沒有考慮星間相對速度，無法做出對碰撞概率的預測。

文獻《空間目標碰撞概率的顯示表達式及影響因素分析》【白顯宗.[J].空間科學學報，2009，29(4)：422-431.】中，在圓軌道情況下推導了空間目標碰撞概率的顯示表達式，而在實際情況下，衛星多在橢圓軌道運行。

文獻《衛星編隊飛行碰撞概率預測與避撞措施研究》【張戈.[D].大連：大連理工大學，2008.】中，對碰撞概率的計算做出了線性假設，沒有考慮非線性的影響，但實際上在許多情況下，編隊衛星之間的相對速度比較小，衛星相對軌跡的線性區域相對整個碰撞計算區域來說就比較小，不宜采用忽略軌道曲率的線性算法，這時就需要將相對運動看作是非線性來研究碰撞概率計算問題。

文獻《基于碰撞概率的分布式衛星碰撞檢測評估方法》【王繼河.[J].吉林大學學報(工學版)，2009，39(5)：1395-1400.】及文獻《編隊衛星碰撞規避方法研究》【胡敏.[J].上海航天，2010，3：6-9.】中所謂編隊衛星的碰撞概率，只是著眼于兩顆衛星之間的碰撞概率，未給出多顆衛星編隊(三星及以上)整體碰撞可能性的描述與計算方法。

發明內容

本發明的目的是提出一種用于編隊衛星在軌運行安全的防碰控制方法，該方法充分考慮衛星外形尺寸、各種擾動誤差、預測時間及位置測量誤差的影響，系統地給出了基于碰撞概率的編隊衛星碰撞概率的描述方式與確定方法，并針對編隊衛星不同運行情況分別給出了整體及部分衛星碰撞可能性的描述指標，適用于多顆編隊衛星整體碰撞可能性的防范。該方法首先計算兩星之間的碰撞概率密度，其次計算兩星之間的碰撞概率，最后計算編隊衛星的碰撞概率。本發明可用于編隊衛星在軌運行時的安全防碰，保證編隊衛星安全防碰確定的實時性和快速性。

本發明的用于編隊衛星在軌運行安全的防碰控制方法，包括有下列三個步驟：

步驟一：計算兩星之間的碰撞概率密度其中|C_e|表示協方差矩陣C_e的行列式的值，中的T表示相遇平面-相對位置的轉置矩陣；

步驟二：計算兩星之間的碰撞概率

兩星之間碰撞的可能性用瞬時碰撞概率及相對軌道在一段時間內總碰撞概率兩個指標來描述；即：

瞬時-概率P_{瞬時-中心平均法}＝V·f(x_S，y_S，z_S)，V表示以參考飛行器S為中心，以r_A為半徑的球體掃過以(x_i，y_i，z_i)為坐標系的空間的體積，即安全包絡體體積；f(x_S，y_S，z_S)為參考飛行器S中心處的碰撞概率密度；

總-概率P_{總-中心平均法}＝∫_tf(R)S|v|dt，f(R)為安全包絡體在某一瞬時中心處的碰撞概率密度，S為包絡體的截面積，v為瞬時相對速度，dt表示對時間的微分；