[發明專利]一種適用于導航傾斜軌道衛星的零偏持續天數確定方法

有效

• 申請號: 201610344877.1
• 申請日: 2016-05-23
• 公開（公告）號: CN106005482B
• 公開（公告）日: 2018-05-01
• 發明（設計）人: 李美紅;袁莉芳;劉偉;潘鑫;胡雪梅;王慶華;張孝功;高照照;周孝倫;顏靈偉;鄒宇聰
• 申請（專利權）人: 北京空間飛行器總體設計部
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 中國航天科技專利中心11009
• 代理人: 臧春喜

技術領域

本發明涉及一種衛星零偏持續天數的確定方法，適用于偏航姿態控制采用動態偏置和零偏置相結合策略的導航傾斜軌道衛星。

背景技術

導航IGSO/MEO衛星軌道為傾角為55°的傾斜軌道，為滿足整星供電要求，需要進行偏航姿態連續測量與控制，即偏航動態偏置。但當太陽矢量與軌道面的夾角較小時，偏航角速度較大，需要反作用輪提供的偏航控制力矩也較大。由于輪子控制力矩有限，在偏航快速變化期間控制精度將降低，進而影響帆板跟蹤太陽的精度要求，為此在太陽矢量與軌道面的夾角較小時采用偏航零偏置。整星偏航姿態控制采用動態偏置和零偏置相結合的策略。

對于導航定位系統，傾斜軌道衛星的姿態控制方法不同，精密定軌的太陽光壓動力學模型也將不同，直接影響衛星的定軌精度。目前，國內定軌軟件的動力學模型適用于動態偏置姿態，在零偏置期間的定軌精度會降低。因此，分析導航傾斜軌道衛星零偏置的持續天數可以用于分析姿態控制對定軌影響的持續時間。

目前，已有的導航傾斜軌道衛星零偏置的持續天數計算方法是根據衛星的六個軌道根數(表征了軌道在空間的位置和衛星在軌道上的位置)通過數值計算，得到衛星零偏置的持續天數，即在衛星軌道設計完成后，衛星在軌道上的位置完全確定后方可計算得到，因此，原有方法計算復雜，需要的軌道信息多，且計算中需要進行軌道外推。

發明內容

本發明的技術解決問題是：克服現有技術的不足，提供一種適用于導航傾斜軌道衛星的零偏持續天數確定方法，該方法不僅計算簡單，需要的軌道信息少，同時不需要進行軌道外推，可以反向應用于零偏置持續天數約束下的軌道設計。

本發明的技術解決方案是：一種適用于導航傾斜軌道衛星的零偏持續天數確定方法，步驟如下：

(1)根據導航傾斜軌道衛星的軌道升交點赤經和傾角計算黃道面與軌道面的夾角；

(2)根據黃道面與軌道面的夾角以及動偏轉零偏條件中的太陽矢量與軌道面夾角得到衛星零偏期間太陽在黃道上的弧段；

(3)根據衛星零偏期間太陽在黃道上的弧段確定衛星零偏持續天數。

所述步驟(1)中黃道面與軌道面的夾角β'依據下式確定：

其中，Ω為衛星軌道升交點赤經，i為衛星軌道傾角，ε是黃道面與赤道面的夾角，β'為黃道面與軌道面的夾角，所述衛星軌道升交點赤經和衛星軌道傾角為預設值。

所述步驟(2)中衛星零偏期間太陽在黃道上的弧段u_s滿足如下條件：

u_s＝asin(sinu_s),u_s>＝0

其中，ρ為動偏轉零偏條件中的太陽矢量與軌道面夾角，為預設值，β'為黃道面與軌道面的夾角。

所述步驟(3)中確定衛星零偏持續天數T的公式如下：

其中，u_s為衛星零偏期間太陽在黃道上的弧段，n_s為太陽運動平均角速度。

本發明與現有技術相比的優點在于：

(1)現有數值方法需要獲取軌道全部信息即六個軌道根數，才可以進行軌道外推，計算零偏置的天數；本發明通過球面幾何的分析方法，僅需要衛星的兩個軌道根數(傾角和升交點赤經)即可確定零偏持續天數，計算簡單，不需要軌道外推。

(2)現有數值方法由于需要獲得全部軌道信息，因此通常為軌道設計已經完成后才可以使用。本發明由于需要的軌道信息少，所以可在衛星軌道設計過程中和設計完成后均可計算衛星零偏置的持續天數。

(3)現有數值方法通過軌道外推后，計算得到不同時刻太陽與軌道面的夾角，進而計算太陽與軌道面的夾角小于某個值的時間長度，該時間長度即為零偏置的天數。因此現有數值方法在已知零偏置持續天數時，無法反向計算軌道應該滿足的條件，不可以用于軌道設計。本發明可以在已知零偏置持續天數時，按照步驟(3)得到衛星零偏期間太陽在黃道上的弧段，據此依照步驟(2)中的公式(2)可以得到黃道面與軌道面的夾角，再按照步驟(1)中的公式(1)計算得到軌道傾角和升交點赤經需滿足的條件。因此，本方法可以反向應用于零偏持續天數約束下的軌道參數設計。

附圖說明

圖1為本發明方法流程圖；

圖2為本發明的零偏持續天數分析示意圖；其中圖2中(a)為0°≤Ω<180°的零偏持續天數分析示意圖，圖2中(b)為180°≤Ω<360°的零偏持續天數分析示意圖。

具體實施方式