[發明專利]一種解析的衛星非線性相對運動偏差傳播分析方法

有效

• 申請號: 201710287256.9
• 申請日: 2017-04-27
• 公開（公告）號: CN106970643B
• 公開（公告）日: 2020-03-27
• 發明（設計）人: 羅亞中;楊震;張進;祝海
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科學技術大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 湖南兆弘專利事務所(普通合伙) 43008
• 代理人: 譚武藝

本發明公開了一種解析的衛星非線性相對運動偏差傳播分析方法，步驟包括指定主衛星與從衛星，并輸入初始時刻的參考衛星絕對軌道狀態、兩衛星標稱相對運動狀態、初始相對運動狀態偏差的概率密度函數，根據考慮J₂攝動的非線性相對運動方程計算用于解析預報衛星相對運動狀態及偏差的一階及二階狀態轉移張量，如為高斯分布則采用協方差分析方法計算并輸出解析結果，否則采用高斯和模型計算并輸出解析結果。本發明考慮了J₂攝動項和二階非線性項，能夠用于兩相距較遠衛星的相對運動狀態偏差的長時間、高精度解析預報，獲得的偏差信息可用于編隊衛星碰撞概率計算及碰撞預警，具有設計方法正確合理、方法解析計算量小、對實際工程任務的適用性好的優點。

技術領域

本發明涉及航天器相對運動狀態偏差傳播分析技術，具體涉及一種解析的衛星非線性相對運動偏差傳播分析方法。

背景技術

航天器軌道偏差傳播分析在空間態勢感知各功能任務(如目標追蹤與數據關聯、碰撞預警、傳感器導引、機動檢測等)中具有重要應用。隨著空間目標不斷增加，而觀測設備有限，大多數空間目標不能連續跟蹤，因此需要對其軌道及偏差進行長時間預報，以引導下一次跟蹤或對可能的碰撞進行預警。

近年來，衛星編隊飛行在理論研究和工程實踐中都受到廣泛關注，因為通過多個航天器編隊飛行，可以低成本、高效率的完成很多航天任務，如構成合成孔徑雷達、太空高精度干涉測量、對地觀測等。編隊衛星的構型設計及保持需要知道衛星的絕對運動狀態及衛星間的相對運動狀態，由于導航設備誤差、星間通信鏈路時延、及觀測盲區等因素影響，使獲得的編隊衛星的相對運動狀態存在不確定性。由于編隊衛星間距離相對較近，如果不對存在于相對運動狀態中的偏差進行精確監控，極有可能引起編隊衛星相互碰撞。因此，偏差傳播分析結果作為碰撞概率計算的重要依據，對編隊、集群飛行衛星的碰撞預警及規避任務尤為重要。

軌道動力學中經典的偏差演化分析方法有線性協方差分析方法和Monte Carlo仿真方法。線性協方差分析是通過將動力系統線性化的方式來進行偏差傳播，該方法使用簡單、計算量小，但是對強非線性系統或長時間偏差傳播問題計算誤差較大。Monte Carlo仿真雖然能通過統計的方法得到軌道偏差的高精度分布屬性，但需要進行大量抽樣仿真，計算量大。近年來，不少學者提出了一些高精度半解析或數值的偏差演化分析方法，有效兼顧了偏差演化分析中的計算精度與計算效率。然而，這些方法多是針對衛星絕對狀態偏差的傳播，且需要進行一定量的軌道積分、依然有較大的計算量，對衛星編隊飛行任務不太適用。

特別地，對編隊飛行衛星的偏差分析與碰撞預警多是在軌進行的。由于星載計算機的計算能力相對較弱，因此需要偏差傳播分析方法能解析計算，以便星載計算機能快速、準確地進行碰撞預警。因此，如何基于解析的衛星非線性相對運動偏差傳播分析，以高精度地對衛星相對運動偏差進行長時間預報，已經成為一項亟待解決的關鍵技術問題。

發明內容

本發明要解決的技術問題：針對現有技術的上述問題，提供一種基于考慮J₂攝動的非線性相對運動方程，能夠用于兩相距較遠衛星的相對運動狀態偏差的長時間、高精度解析預報，獲得的偏差信息可用于編隊衛星碰撞概率計算及碰撞預警，設計方法正確合理、對實際工程任務的適用性好的解析的衛星非線性相對運動偏差傳播分析方法。

為了解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為：

一種解析的衛星非線性相對運動偏差傳播分析方法，實施步驟包括：

1)為編隊飛行的兩衛星指定主衛星與從衛星，并輸入初始時刻的參考衛星絕對軌道狀態、兩衛星標稱相對運動狀態、輸入初始相對運動狀態偏差的概率密度函數；

2)基于初始時刻的參考衛星絕對軌道狀態、兩衛星標稱相對運動狀態，根據考慮J₂攝動的非線性相對運動方程計算用于解析預報衛星相對運動狀態的一階及二階狀態轉移張量；