[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(shè)計）人: 王兆魁;蔣超;范麗;李泰博
• 申請（專利權(quán)）人: 清華大學(xué)
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 北京市盛峰律師事務(wù)所 11337
• 代理人: 席小東

本發(fā)明提供一種基于在軌參數(shù)辨識和偏置的衛(wèi)星跟飛長期攝動補償方法，包括以下步驟：步驟一：在軌辨識沿跡角相對漂移率；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(xué)模型，得到進(jìn)行軌道半長軸偏置控制所需的跟蹤星速度增量。具有以下優(yōu)點：(1)對控制時間沒有要求，提高了編隊保持控制的靈活性；(2)控制燃耗低，有效減少了衛(wèi)星編隊的燃料載荷；(3)控制一次可以實現(xiàn)長期的自然保持，降低了控制頻率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于微小衛(wèi)星編隊技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于在軌參數(shù)辨識和偏置的衛(wèi)星跟飛長期攝動補償方法。

背景技術(shù)

編隊衛(wèi)星為了實現(xiàn)航天任務(wù)，尤其是實現(xiàn)長時間跟飛任務(wù)，關(guān)鍵在于使參與編隊的跟飛衛(wèi)星精確的保持相對構(gòu)型。然而跟飛衛(wèi)星在實際在軌運行過程中受各種攝動力及控制誤差影響，相對運動狀態(tài)呈現(xiàn)發(fā)散態(tài)勢，需要構(gòu)型維持控制才能保持其相對構(gòu)型，給長期在軌工作帶來挑戰(zhàn)。為此，需要開展衛(wèi)星跟飛的攝動規(guī)律研究，并通過盡可能少的補償控制實現(xiàn)跟飛相對運動的長期穩(wěn)定。

目前衛(wèi)星跟飛運動的穩(wěn)定控制方法，其核心思想是：利用編隊運動的相對運動模型，根據(jù)跟飛運動中衛(wèi)星的當(dāng)前狀態(tài)，計算出所需的控制量。由于當(dāng)前測量數(shù)據(jù)的誤差、相對運動模型的不精確等原因，在軌工程采用的反復(fù)邊界控制方法存在控制燃耗大、控制頻率高的缺點，不利于編隊的長期自然穩(wěn)定。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明提供一種基于在軌參數(shù)辨識和偏置的衛(wèi)星跟飛長期攝動補償方法，可有效解決上述問題。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

本發(fā)明提供一種基于在軌參數(shù)辨識和偏置的衛(wèi)星跟飛長期攝動補償方法，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(nèi)自由飛行狀態(tài)下的沿跡角差與時間的變化關(guān)系，在軌辨識出沿跡角差相對時間的一階導(dǎo)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(xué)模型，得到進(jìn)行軌道半長軸偏置控制所需的跟蹤星速度增量。

優(yōu)選的，步驟一具體為：通過軌道預(yù)報或者遙感，獲得一段時間內(nèi)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(guān)系，利用最小二乘擬合得到沿跡角差相對時間的一階導(dǎo)數(shù)，即在軌辨識得到沿跡角相對漂移率。

優(yōu)選的，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(jié)束時間；其中，在[t₀ t_f]時間內(nèi)取k個時間節(jié)點，分別為：t₁、t₂…t_k；則：

t＝[t₁...t_k]^T (13)

其中：T為矩陣的轉(zhuǎn)置；

步驟1.2，通過軌道預(yù)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

Δλ_j＝Δω_j+ΔM_j(j＝1,2,3,...,k) (15)