[發明專利]一種繞地球同步軌道衛星分布式共軌飛行的衛星群軌道設計方法

有效

• 申請號: 201710615587.0
• 申請日: 2017-07-26
• 公開（公告）號: CN107450578B
• 公開（公告）日: 2020-06-30
• 發明（設計）人: 姜勇;李勇軍;鄭永興;趙尚弘;曹桂興;王星宇;辛寧;王翔
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08
• 代理公司: 北京科億知識產權代理事務所(普通合伙) 11350
• 代理人: 湯東鳳

一種繞地球同步軌道衛星分布式共軌飛行的衛星群軌道設計方法，包括建立參考衛星和繞飛衛星的位置關系模型；利用建立的位置關系模型構建繞飛衛星軌道模型；根據繞飛衛星軌道要求，計算繞飛衛星軌道根數；根據繞飛衛星軌道根數，生成繞飛衛星群軌道根數；本發明方法設計的繞飛衛星群軌道與參考衛星的相對距離波動小，繞飛衛星與參考衛星的方位角、仰角和距離關系滿足多星共軌間隔設計要求，相鄰繞飛衛星間的方位角、仰角和距離滿足衛星間鏈路捕獲跟蹤設計要求，通過本發明可以解決單衛星節點功能弱、抗干擾能力差、不利于小型化等缺陷，通過繞飛衛星與參考衛星的協同工作，提高了系統的抗毀能力、自組織能力。

技術領域

本發明涉及航天器軌道動力學和控制技術領域，具體涉及一種繞地球同步軌道衛星分布式共軌飛行的衛星群軌道設計方法。

背景技術

多星共軌是指由空間密集分布的多顆小衛星共同組成的，為實現某一特定功能而以協同方式進行工作的衛星系統。由于采用了多星協同的工作方式，多星共軌機制在以下方面具有明顯的優勢：其一，將過去由單顆衛星完成的任務分散到星群中的每顆衛星，構成一顆大的“虛擬衛星”，以完成單顆大衛星完成的任務，大大提高了系統的生存能力；其二，多顆小衛星協同工作，可以實現更多的功能，如協作通信、精確定位、立體成像等；其三，星群中衛星的數量可以根據任務需求逐步增加，有效避免了一次性投資造成的高成本和高風險。由于多星共軌機制具有巨大的潛在技術優勢，在軍用和民用領域都有非常廣闊的應用前景，國內外眾多專家學者對多星共軌展開了研究。文獻“趙軍,肖亞倫.用于對地觀測定位的編隊飛行衛星群軌道構形設計.宇航學報,24(6)2003.”給出了一種分布式星群的軌道設計方法，并將其應用于對地觀測定位衛星系統中。文獻“董哲,張曉敏,尤政.基于最小二乘估計的衛星編隊飛行軌道設計.清華大學學報,46(2)2006”給出了一種基于最小二乘估計的衛星編隊飛行軌道設計方法,即在參考衛星軌道根數、相對運動軌跡和伴隨衛星近點幅角已知的情況下應用最小二乘估計法設計伴隨衛星其余軌道根數。文獻“李革非,朱民才,韓潮.伴隨衛星接近繞飛的軌道控制方法研究.宇航學報,30(6)2009”給出了通過軌道調相控制實現軌道接近,并且兼顧實現繞飛軌道構型參數的方法。上述方法均針對低軌道遙感衛星進行分布式軌道設計，不需要考慮軌道資源問題，考慮到地球同步軌道衛星軌道的特殊性，軌位資源稀缺，既要保證星群結構的穩定性，還要保證繞飛衛星不能干擾其他已在軌衛星，現有方法難以滿足地球同步軌道衛星群多星共軌構型設計。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種繞地球同步軌道衛星分布式共軌飛行的衛星群軌道設計方法，具體包括：

步驟S1：建立參考衛星和繞飛衛星的位置關系模型；

步驟S2：利用步驟S1建立的位置關系模型構建繞飛衛星軌道模型；

步驟S3：根據繞飛衛星軌道要求，計算繞飛衛星軌道根數；

步驟S4：根據繞飛衛星軌道根數，生成繞飛衛星群軌道根數。

進一步的，

步驟S1包括，

步驟S1-1建立參考衛星和繞飛衛星的軌道坐標系；

步驟S1-2建立地心到衛星的位置向量；

步驟S1-3建立繞飛衛星坐標系到參考衛星坐標系的轉換矩陣；

步驟S2包括，

步驟S2-1構建繞飛軌道模型；

步驟S2-2簡化繞飛軌道模型；

步驟S3中的所述繞飛衛星群軌道根數包括軌道半長軸、偏心率、軌道傾角、升交點赤經、近地點幅角、平近點角。

進一步的，