[發明專利]一種基于增益在線估計的衛星自主軌道保持方法

有效

• 申請號: 201710786520.3
• 申請日: 2017-09-04
• 公開（公告）號: CN107554820B
• 公開（公告）日: 2019-08-20
• 發明（設計）人: 劉剛;葉立軍;尹海寧;陳殿印;李芳華;袁彥紅;劉川
• 申請（專利權）人: 上海航天控制技術研究所
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10;B64G1/26
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 潘朱慧

1.一種基于增益在線估計的衛星自主軌道保持方法，用于使用噴氣推力器作為軌道控制執行機構的衛星中，其特征在于，包含：

S1、根據當前GPS或星上軌道遞推得到軌道瞬時六根數，采用迭代算法得到衛星軌道的平均軌道六根數；

S2、根據平均軌道六根數得到當前的軌道平半長軸，當平半長軸相比參考半長軸衰減到一定閾值時，置允許軌道控制標識；

S3、根據平均軌道六根數計算當前的軌道平近點角，如果當前時刻的軌道平近點角表明衛星處于軌道的遠地點時，進入軌道保持控制；

S4、判斷是否為軌道保持控制的第一個控制周期，若是，在該控制周期內，根據軌道控制增益以及當前軌道平半長軸的衰減程度計算軌控需要的半長軸增量，并根據該半長軸增量，采用可在線更新的軌道控制增益計算軌控的噴氣時長；若否，判斷當前軌道控制噴氣時間是否達到了軌控的噴氣時長，如果未達到，則繼續噴氣，如果已經達到，則置軌控結束標志，退出軌控；

S5、軌道保持控制結束后，根據GPS實際得到的軌道瞬時六根數，計算目標半長軸改變量和實際半長軸改變量的偏差，通過軌道控制增益更新律改變軌道控制增益，以用于下一次軌道保持控制；其中，所述的軌道控制增益更新律分為單步修正軌道控制增益和多步修正軌道控制增益兩種模式。

2.如權利要求1所述的基于增益在線估計的衛星自主軌道保持方法，其特征在于，所述步驟S4中的根據軌道控制增益以及當前軌道平半長軸的衰減程度計算得到需要的半長軸增量的具體過程為：

計算需要的半長軸增量R_c，并根據下試計算軌控噴氣時長T，

式中，K_c為可變的軌道控制增益，μ＝3.98×10¹⁴為地球引力常數，a為衛星半長軸，v為衛星線速度，m_t為衛星質量，F為軌道控制推力器輸出推力的大小；通過在線的修正K_c的大小，可以提高軌道控制的魯棒性。

3.如權利要求1或2所述的基于增益在線估計的衛星自主軌道保持方法，其特征在于：所述的步驟S5中的通過單步修正軌道控制增益改變軌道控制增益的計算過程為：

針對衛星初期噴氣推力較大或者半長軸調整量較小，即一次軌控噴氣即可實現半長軸調整的情況，采用單步修正軌道控制增益，通過求解最優問題，得到軌道控制增益的估計值，具體的：

實際的軌道半長軸變化量R_t和軌道控制時長T之間滿足：

式中，K_t為待求的真實軌道控制增益，μ＝3.98×10¹⁴為地球引力常數，a為衛星半長軸，v為衛星線速度，m_t為衛星質量，F為軌道控制推力器輸出推力的大小；

K_c為軌道控制增益，即K_t的估計值，取實際的軌道半長軸變化量R_t與預計半長軸增量R_c的差的平方作為最優化問題的性能指標：

假設在當前軌道控制增益K_c的基礎上增加ΔK_c，使得E_R最小，令E_R對ΔK_c求偏導，并另其等于零：

進而得到軌道控制增益的修正值：

在每一拍增益修正周期內，當前為第k+1拍時，根據式(5)計算到增益修正值ΔK_c(k)，再在前一拍第k拍軌道控制增益的估計值K_c(k)上累加該修正值，得到當前第k+1拍時軌道控制增益K_c的估計值K_c(k+1)。

4.如權利要求1或2所述的基于增益在線估計的衛星自主軌道保持方法，其特征在于，所述的步驟S5中的通過多步修正軌道控制增益改變軌道控制增益的計算過程為：

針對衛星后期噴氣推力不足或者半長軸調整量較大，需要多次噴氣軌控實現半長軸調整的情況，采用多步修正軌道控制增益，通過估計噴氣時長的修正值，得到軌道控制增益的估計值，具體的：

通過下式：

式中，R_c(k)為第k次軌道控制的目標半長軸改變量，單次軌道控制時間長度上限為T_max，R_t(k)為第k次軌道控制的實際半長軸改變量，T(k)為第k次的軌控時間，K_c(k)為第k次軌控的控制增益，μ＝3.98×10¹⁴為地球引力常數，a為衛星半長軸，v為衛星線速度，m_t為衛星質量，F為軌道控制推力器輸出推力的大小；

根據上式得到第k拍噴氣時長的修正值，結合第k拍的軌道控制時長理論計算值為：

再通過下式：

得到修正后的第k+1拍的軌道控制增益K_c(k+1)。