[發(fā)明專利]基于在軌參數(shù)辨識和偏置的衛(wèi)星跟飛長期攝動補償方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710522196.4
• 申請日: 2017-06-30
• 公開（公告）號: CN107168372B
• 公開（公告）日: 2019-05-10
• 發(fā)明（設計）人: 王兆魁;蔣超;范麗;李泰博
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務所 11337
• 代理人: 席小東

1.一種基于在軌參數(shù)辨識和偏置的衛(wèi)星跟飛長期攝動補償方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟一：在軌辨識沿跡角相對漂移率；具體為：根據(jù)跟飛編隊衛(wèi)星一段時間內自由飛行狀態(tài)下的沿跡角差與時間的變化關系，在軌辨識出沿跡角差相對時間的一階導數(shù)，即沿跡角相對漂移率；

步驟二：在給定的控制時刻下，基于步驟一得到的沿跡角相對漂移率，計算跟蹤星的軌道半長軸偏置量；

步驟三：給出控制時刻的跟蹤星軌道半長軸，根據(jù)軌道動力學模型，得到進行軌道半長軸偏置控制所需的跟蹤星速度增量；

其中，步驟一具體為：通過軌道預報或者遙感，獲得一段時間內跟飛編隊中衛(wèi)星自由飛行的軌道根數(shù)；根據(jù)軌道根數(shù)計算出沿跡角差相對時間的變化關系，利用最小二乘擬合得到沿跡角差相對時間的一階導數(shù)，即在軌辨識得到沿跡角相對漂移率；

其中，步驟一具體包括：

步驟1.1，讓衛(wèi)星自由飛行一段時間[t₀ t_f]；t₀為衛(wèi)星自由飛行起始時間；t_f為衛(wèi)星自由飛行結束時間；其中，在[t₀ t_f]時間內取k個時間節(jié)點，分別為：t₁、t₂…t_k；則：

t＝[t₁...t_k]^T (1)

其中：T為矩陣的轉置；

步驟1.2，通過軌道預報或者遙測獲得這k個時間節(jié)點的兩星的軌道根數(shù)；將平近點角差與近地點角矩差相加，得到這k個時間節(jié)點沿跡角差，即

△λ_j＝△ω_j+△M_j (j＝1,2,3,...,k) (3)

其中，△λ_j為t_j時刻的沿跡角差，△ω_j為t_j時刻的近地點角矩差，△M_j為t_j時刻的平近點角差，且有

其中，分別為目標星t_j時刻的近地點角矩和跟蹤星t_j時刻的近地點角矩，分別為目標星t_j時刻的平近點角、跟蹤星t_j時刻的平近點角；

步驟1.3，利用最小二乘擬合，得到沿跡角差相對時間變化的一次函數(shù)，即

△λ(t)＝Ht+△λ₀ (5)

其中，△λ₀為初始時刻兩星的沿跡角差，△λ(t)為t時刻的沿跡角差，H為沿跡角差相對于時間的一階導數(shù)；

步驟1.4，沿跡角差相對于時間的一階導數(shù)H由最小二乘擬合得到，通過下式計算

滿足式(6)的H便為沿跡角相對漂移率。

2.根據(jù)權利要求1所述的基于在軌參數(shù)辨識和偏置的衛(wèi)星跟飛長期攝動補償方法，其特征在于，步驟二具體為：

步驟2.1：給出控制時刻目標衛(wèi)星的軌道半長軸，由半長軸偏置引起的沿跡角隨時間變化的解析表達式為：

其中，△λ₀為初始時刻兩星的沿跡角差，a為軌道半長軸，△a為跟蹤星與目標星的軌道半長軸差，即為跟蹤星的軌道半長軸偏置量；n為目標星的軌道角速度；

由于：

其中：a_dep為目標衛(wèi)星的軌道半長軸；a_ref為跟蹤星的軌道半長軸；μ為地球引力常數(shù)，μ＝3.986005×10¹⁴；

步驟2.2：通過半長軸偏置補償攝動引起的沿跡角變化，即

步驟2.3：將控制時間的目標星半長軸、步驟一得到的沿跡角相對漂移率H代入到式(9)，得到實現(xiàn)攝動補償?shù)母櫺堑能壍腊腴L軸偏置量為：

3.根據(jù)權利要求2所述的基于在軌參數(shù)辨識和偏置的衛(wèi)星跟飛長期攝動補償方法，其特征在于，步驟三具體為：

步驟3.1，圓軌道下，由速度增量引起的軌道根數(shù)改變?yōu)椋?/p>

其中：a為軌道半長軸，i為軌道傾角，λ為沿跡角，λ＝f+ω，f為真近點角，ω為近地點角矩，q₁和q₂為無奇點軌道根數(shù)，q₁＝e cosω，q₂＝e sinω,e為偏心率，△λ,△q₁,△q₂分別為λ,q₁,q₂的改變量，△v_x,△v_y,△v_z分別為徑向、切向、軌道平面法向的速度沖量；

步驟3.2，將式(10)代入到式(11)，跟蹤星半長軸調整量所需的最小速度可表示為：

其中，a′為控制時刻跟蹤星的軌道半長軸，△a為步驟二得到的跟蹤星軌道半長軸偏置量。