[發明專利]一種基于多段打靶法的不變擬周期軌道確定方法

在審

• 申請號: 201810573338.4
• 申請日: 2018-06-06
• 公開（公告）號: CN108875174A
• 公開（公告）日: 2018-11-23
• 發明（設計）人: 徐明;白雪;何艷超;馬越辰
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50;B64G1/10
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張歡

一種基于多段打靶法的不變擬周期軌道確定方法，包括步驟如下：步驟一、計算獲得主星在引力場中的運動狀態量，主星在主星軌道坐標系中的角速度和角加速度；獲得編隊飛行從星在主星軌道坐標系中的相對運動學方程；步驟二、獲得從星在主星軌道坐標系中的狀態量：步驟三、通過建立方程使得所有點Q₁～Q_N均處于同一條軌道上；給定任何保持不變相對運動的初始軌道Q⁽⁰⁾，通過牛頓法迭代求解Q，直至||F(Q^(j?1))||的取值小于設定的閾值；步驟四、求得最優解；步驟五、得到每步迭代時的修正量ΔQ^(j)，對初始軌道進行修正，修正量為ΔQ^(j)，實現不變擬周期軌道的確定。本發明的方法解決了解析方法得到的不變相對構型持續時間短和幅度小不足的問題。

技術領域

本發明涉及一種不變擬周期軌道確定方法，屬于衛星軌道設計技術領域。

背景技術

基于相對軌道運動的編隊飛行航天器由于其分布式構型設計，可實現大尺度干涉測量以及多角度、多時段觀測，通過協同執行空間科學任務，目前在近地航天工程和技術驗證任務中已顯示了其獨特的作用。由于行星形狀不規則，密度分布不均勻，產生的非球形部分將會成為衛星運動不可忽略的攝動源，因此，非中心引力場下的軌道運動需要考慮中心天體的不規則形狀和不均勻的質量分布引起的非球形引力效應。

現有衛星編隊模型有以下不足：一、忽略動力學中的非線性和高階攝動力項。二、設中心天體的引力為中心型，未考慮存在的非球形攝動作用。三、僅考慮在J2攝動項下，不變相對軌道的推導，設計的構型尺寸小、保持時間短。因此，以上方法在實際應用中將存在不可避免的局限性和誤差。

精確的初值是形成穩定不變相對軌道的必要條件，因此在考慮高階攝動下，推導不變相對軌道形成條件，即不變條件尤為重要。

由于解析法推導不變條件僅適用于短時間和小尺寸相對運動的缺點，本發明給出一種純數值方法來搜索滿足不變條件約束的相對軌道，獲得構型保持時間更長和尺寸分布更大的擬周期不變軌道，得到精度較高，且極大地減小計算量的不變相對軌道設計。

發明內容

本發明要解決的技術問題是：針對現有技術的不足，本發明提供了一種基于多段打靶法的不變擬周期軌道確定方法，解決了解析方法得到的不變相對構型持續時間短和幅度小不足的問題，得到精度較高，具有更長的持續時間和更大的幅值，且極大地減小計算量的不變相對軌道設計。

本發明所采用的技術方案是：一種基于多段打靶法的不變擬周期軌道確定方法，包括步驟如下：

步驟一、計算獲得主星在引力場中的運動狀態量主星在主星軌道坐標系中的角速度ω_c＝[ω_cx,ω_cy,ω_cz]^T和角加速度獲得編隊飛行從星在主星軌道坐標系中的相對運動學方程；

其中，i_c為軌道傾角，u_c為緯度幅角，r_c為主星在慣性坐標系下離原點的距離，為徑向速度，h_c為角動量，ω_cx,ω_cy,ω_cz分別為主星角速度在主星軌道坐標系三軸方向的分量，分別為主星角加速度在主星軌道坐標系三軸方向的分量；

所述慣性坐標系的原點為中心天體的質心，X軸指向春分點，Z軸為天體自轉軸，Y軸與X、Z軸形成右手系。

所述主星軌道坐標系的原點為主星質心，x軸沿主星的徑向方向由地心指向主星，z軸指向主星的角動量方向，y軸與x、z軸組成右手系。