[發(fā)明專利]一種奔月衛(wèi)星編隊(duì)初始化方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710814705.0
• 申請(qǐng)日: 2017-09-12
• 公開（公告）號(hào): CN107589756B
• 公開（公告）日: 2020-04-24
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 喬棟;李翔宇;胡勃?dú)J;杜燕茹;孫超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G05D1/10
• 分類號(hào): G05D1/10
• 代理公司: 北京理工正陽知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 11639
• 代理人: 毛燕

1.一種奔月衛(wèi)星編隊(duì)初始化方法，其特征在于：包括如下步驟：

步驟一：在地球和月球慣性系下分別建立衛(wèi)星動(dòng)力學(xué)方程；

衛(wèi)星在地月轉(zhuǎn)移和修正過程中采用地心慣性系，在月球捕獲和轉(zhuǎn)移段采用月心慣性系；

考慮地球，月球和太陽引力以及非球形攝動(dòng)作用的影響，衛(wèi)星在地心慣性系下的動(dòng)力學(xué)方程寫為：

其中，r，v分別為衛(wèi)星在相對(duì)地球的位置矢量和速度矢量，A_NE為地球非球形引力攝動(dòng)，A_S為太陽第三體引力攝動(dòng)，A_M為月球第三體引力攝動(dòng)，μ_e為地球引力常數(shù)；

衛(wèi)星在月心慣性系下的動(dòng)力學(xué)方程寫為：

其中，r_M，v_M分別為衛(wèi)星相對(duì)月球的位置矢量和速度矢量，A_NM為月球非球形引力攝動(dòng)，A_S為太陽第三體引力攝動(dòng)，A_E為地球第三體引力攝動(dòng)，μ_m為月球引力常數(shù)；

r_M，v_M和r，v滿足：

其中R_M，V_M為地心慣性系下月球的位置和速度矢量；

步驟二：選定衛(wèi)星相對(duì)月球的軌道傾角i_T和近月點(diǎn)高度r_pT以及到達(dá)近月點(diǎn)的時(shí)間T_T，增加中途修正，使各衛(wèi)星的軌道傾角和近月點(diǎn)高度相同，到達(dá)時(shí)間接近；所述到達(dá)時(shí)間接近指到達(dá)時(shí)間滿足預(yù)設(shè)時(shí)間精度要求；

衛(wèi)星與火箭分離后若干小時(shí)后進(jìn)行中途修正，此時(shí)對(duì)應(yīng)的位置速度為[r₀，v₀]，到達(dá)月球近月點(diǎn)時(shí)的軌道傾角為i₀，近月點(diǎn)高度r_p0，到達(dá)近月點(diǎn)時(shí)刻T₀；采用微分修正算法施加速度增量Δv進(jìn)行中途修正，所述的中途修正指：將到達(dá)月球近月點(diǎn)時(shí)的軌道傾角修正為i_T，近月點(diǎn)高度修正為r_pT，到達(dá)近月點(diǎn)的時(shí)間修正至T_T；

步驟三：選定衛(wèi)星的軌道偏心率e_T和半長軸a_T，在衛(wèi)星到達(dá)近月點(diǎn)時(shí)施加機(jī)動(dòng)，使各衛(wèi)星的軌道偏心率e_T和半長軸a_T一致；

當(dāng)衛(wèi)星到達(dá)近月點(diǎn)時(shí)，由于衛(wèi)星速度存在差異，因此軌道偏心率和半長軸存在差別，需要通過施加機(jī)動(dòng)使各衛(wèi)星的偏心率e_T和半長軸a_T相同；定義到達(dá)近月點(diǎn)時(shí)衛(wèi)星相對(duì)于月球的偏心率e₀和半長軸為a₀，則對(duì)應(yīng)的近月點(diǎn)速度為目標(biāo)軌道的近月點(diǎn)速度為則需要施加速度增量Δv_p＝v_pT-v_p0，方向?yàn)樾l(wèi)星速度反向；

步驟四：選擇所需衛(wèi)星編隊(duì)中某一衛(wèi)星為基準(zhǔn)星，其余衛(wèi)星定義為追蹤星；通過近月點(diǎn)施加兩次脈沖，調(diào)整其余追蹤星經(jīng)過近月點(diǎn)時(shí)刻，使追蹤星相位與基準(zhǔn)星一致；

定義兩顆衛(wèi)星經(jīng)過近月點(diǎn)的時(shí)間差為Δt，基準(zhǔn)星的軌道周期為T_per，衛(wèi)星通過至少一個(gè)軌道周期完成調(diào)相，則兩個(gè)衛(wèi)星的軌道周期差即為時(shí)間差Δt；根據(jù)軌道周期與半長軸的關(guān)系，得：

a′_T是調(diào)相軌道對(duì)應(yīng)的半長軸，調(diào)相機(jī)動(dòng)在近月點(diǎn)施加，原軌道的近月點(diǎn)速度為：

調(diào)相軌道的近月點(diǎn)速度為：

則兩次機(jī)動(dòng)需要分別施加機(jī)動(dòng)大小Δv_pha＝|v′_pT-v_pT|，方向與速度同向或反向；

經(jīng)過調(diào)相后的軌道具有相同的軌道傾角i_T，半長軸a_T，偏心率e_T和真近點(diǎn)角f_T，即實(shí)現(xiàn)追蹤星相位與基準(zhǔn)星一致；

步驟五：采用最優(yōu)兩脈沖或多脈沖軌道調(diào)整衛(wèi)星與基準(zhǔn)星間的距離，完成編隊(duì)初始化。

2.如權(quán)利要求1所述的一種奔月衛(wèi)星編隊(duì)初始化方法，其特征在于：還包括步驟六：通過步驟一至步驟五對(duì)給定發(fā)射窗口的多顆衛(wèi)星進(jìn)行環(huán)月軌道編隊(duì)，實(shí)現(xiàn)探測任務(wù)。