[發明專利]一種考慮誤差的多脈沖環月衛星編隊初始化方法

有效

• 申請號: 201710814830.1
• 申請日: 2017-09-12
• 公開（公告）號: CN107526368B
• 公開（公告）日: 2020-02-11
• 發明（設計）人: 喬棟;李翔宇;杜燕茹;胡勃欽;楊雅迪
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 11639 北京理工正陽知識產權代理事務所(普通合伙)
• 代理人: 毛燕

本發明公開的一種考慮誤差的多脈沖環月衛星編隊初始化方法，屬于航空航天技術領域。本發明實現方法為：在月球慣性系下建立衛星動力學方程；通過求解優化最優兩脈沖軌道，并執行第一次交會機動，然后根據測控時長更新衛星狀態，進行下一次最優兩脈沖優化，直至最后一次交會脈沖的結果小于預設約束時，實現追蹤星與基準星的編隊初始化。本發明具有如下優點：(1)能夠實現考慮測控誤差和執行誤差下的環月衛星編隊，適用范圍廣；(2)通過多次求解蘭伯特問題設計多脈沖轉移軌道，收斂性好，執行效率高；(3)通過多次觀測數據更新衛星狀態，并根據更新狀態重新優化轉移軌道，相比單次觀測后設計的最優轉移軌道編隊初始化精度高。

技術領域

本發明涉及一種考慮誤差的多脈沖編隊初始化方法，尤其涉及一種適用于考慮多種誤差情況下的衛星編隊初始化，屬于航空航天技術領域。

背景技術

采用多顆衛星進行探測相比采用單星探測可以實現更多的功能并執行更多的操作，而為了完成特定的探測任務，需要多顆衛星形成編隊。編隊初始化是實現編隊的第一步，既使衛星的相對位置和速度接近零，并滿足一定的關系。

在已發展的關于衛星編隊初始化中在先技術[1](參見基于Hill方程的一種小衛星共面編隊的初始化仿真[C].系統仿真技術及其應用學術研討會,刁晶晶,曾國強,2007)基于Hill方程討論了衛星的相對運動狀態，給出了完成編隊初始化對應的速度增量方向與大小，但該方案只適用于圓軌道的編隊初始化方法，對于橢圓軌道不適用。

在先技術[2](參見衛星編隊保持的初始化條件及仿真分析[J].計算機仿真,吳煒華，侯明善，劉永剛，2009，26(10))基于T—H方程推導出橢圓軌道相對運動方程的解析解，并推導出滿足衛星編隊周期運動的初始化條件，但該方法未考慮誤差的影響。當前對于地球衛星的編隊研究較為成熟，且測控和執行精度均較高，而針對環月衛星的編隊，受限于測控精度和執行精度，在先方法執行后誤差較大將導致衛星完成編隊初始化任務，因此需要研究考慮誤差的環月軌道編隊初始化方法。

發明內容

本發明公開的一種考慮誤差的多脈沖環月衛星編隊初始化方法，要解決的技術問題是提供一種考慮測控誤差和執行誤差情況下的環月衛星編隊初始化方法，具有效率高的優點。

本發明的目的是通過下述技術方案實現的：

本發明公開的一種考慮誤差的多脈沖環月衛星編隊初始化方法，在月球慣性系下建立衛星動力學方程；通過求解優化最優兩脈沖軌道，并執行第一次交會機動，然后根據測控時長更新衛星狀態，進行下一次最優兩脈沖優化，直至最后一次交會脈沖的結果小于預設約束時，實現追蹤星與基準星的編隊初始化。

本發明公開的一種考慮誤差的多脈沖環月衛星編隊初始化方法，包括如下步驟：

步驟一：在月球慣性系下建立衛星動力學方程。

由于衛星需要形成環月編隊，因此在月球慣性系下建立動力學方程，考慮地球，月球和太陽引力以及非球形攝動作用的影響，衛星在月心慣性系下的動力學方程寫為：

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

步驟二：確定基準星，根據測量得到的初始狀態進行兩脈沖最優轉移優化。