[發(fā)明專利]一種考慮地球視場約束的繞飛軌跡設(shè)計(jì)與控制方法

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 201811471872.0
• 申請日: 2018-12-04
• 公開（公告）號: CN109521783A
• 公開（公告）日: 2019-03-26
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙書閣;向開恒;高利春
• 申請（專利權(quán)）人: 航天科工空間工程發(fā)展有限公司
• 主分類號: G05D1/08
• 分類號: G05D1/08;G01C21/20
• 代理公司: 北京正理專利代理有限公司 11257
• 代理人: 付生輝

本發(fā)明公開了一種考慮地球視場約束的繞飛軌跡設(shè)計(jì)與控制方法。根據(jù)地球視場約束計(jì)算了目標(biāo)衛(wèi)星?繞飛衛(wèi)星?地心的夾角應(yīng)滿足的條件；建立了考慮地球視場約束的快速繞飛的圓軌跡設(shè)計(jì)模型；采用比例?微分控制方法對繞飛軌跡進(jìn)行控制。解決了衛(wèi)星繞飛觀測的過程中，地球進(jìn)入繞飛衛(wèi)星星載相機(jī)視場的問題。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航空航天領(lǐng)域，特別是涉及一種考慮地球視場約束的繞飛軌跡設(shè)計(jì)與控制方法。

背景技術(shù)

衛(wèi)星的繞飛運(yùn)動(dòng)是一個(gè)衛(wèi)星圍繞另一個(gè)衛(wèi)星的周期性相對運(yùn)動(dòng)，繞飛運(yùn)動(dòng)為衛(wèi)星提供了在軌全方位和全面觀察目標(biāo)衛(wèi)星的能力，它在衛(wèi)星在軌服務(wù)與在軌支援任務(wù)、空間碎片清除任務(wù)以及空間交會對接任務(wù)等空間活動(dòng)中具有重要應(yīng)用(羅建軍，楊宇和，袁建平。共面快速受控繞飛軌跡設(shè)計(jì)與控制[J]。宇航學(xué)報(bào)，2006，27(6)：1389～1393。)。通過對目標(biāo)衛(wèi)星進(jìn)行繞飛運(yùn)動(dòng)，繞飛衛(wèi)星可以在軌道上實(shí)施對目標(biāo)衛(wèi)星的可視觀察，確認(rèn)目標(biāo)身份、特性與用途，評估目標(biāo)運(yùn)行狀況，完成故障診斷、維護(hù)、燃料加注和交會對接等復(fù)雜的高級在軌操作任務(wù)(陳計(jì)輝，熊智，王融，劉建業(yè)。小衛(wèi)星編隊(duì)繞飛構(gòu)型運(yùn)動(dòng)學(xué)設(shè)計(jì)與分析研究[J]。航天控制，2009，27(6)：33～37。)。

繞飛運(yùn)動(dòng)有自然繞飛和快速繞飛之分。自然繞飛的繞飛軌跡是橢圓，繞飛衛(wèi)星與目標(biāo)衛(wèi)星的距離會發(fā)生較大的變化，而且繞飛周期與目標(biāo)衛(wèi)星的軌道周期相同(C.Sabol,R.Burns,C.A.McLaughlin.Satellite Formation Flying Design and Evolution[J].Journal of Spacecraft and Rocked,2001，38(2):270-278。)，不利于任務(wù)中要求的快速性?？焖倮@飛具有可變軌道周期，其在衛(wèi)星近距離觀測、目標(biāo)衛(wèi)星識別、在軌應(yīng)急服務(wù)中有重要的應(yīng)用(Masutani Y.,Matsushita M.,Miyazaki F.Flyaround Maneuvers on aSatellite Orbit by Impulsive Thrust Control[C].International Conference onRobotics&Automation Seoul,Korea.May 21-26,2001.)。

在繞飛衛(wèi)星對目標(biāo)衛(wèi)星進(jìn)行可視觀察的過程中，繞飛衛(wèi)星的星載相機(jī)的光軸指向目標(biāo)衛(wèi)星，為了保證成像質(zhì)量，地球不應(yīng)出現(xiàn)在繞飛衛(wèi)星的視場內(nèi)。而當(dāng)前已有的文獻(xiàn)，在設(shè)計(jì)繞飛軌跡的過程中，并沒有考慮地球視場約束。因此，針對于衛(wèi)星繞飛問題，我們需要提供一種考慮地球視場約束的繞飛軌跡設(shè)計(jì)與控制方法。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種考慮地球視場約束的繞飛軌跡設(shè)計(jì)與控制方法，以解決如何在排除地球視場的影響的情況下，實(shí)現(xiàn)繞飛軌跡設(shè)計(jì)與控制的問題。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

在本發(fā)明的實(shí)施例中公開了一種考慮地球視場約束的繞飛軌跡設(shè)計(jì)與控制方法，包括：

S1、根據(jù)地球視場約束，計(jì)算目標(biāo)衛(wèi)星-繞飛衛(wèi)星-地心的夾角下限；

S2、建立以目標(biāo)衛(wèi)星為原點(diǎn)的坐標(biāo)系，利用所述夾角下限設(shè)計(jì)繞飛衛(wèi)星的參考繞飛軌跡；

S3、計(jì)算跟蹤所述參考繞飛軌跡的控制律，控制繞飛衛(wèi)星繞飛所述目標(biāo)衛(wèi)星。

優(yōu)選地，所述步驟S1包括：

S11、當(dāng)所述繞飛衛(wèi)星的相機(jī)視場邊界外切地球邊界時(shí)，計(jì)算繞飛衛(wèi)星-切點(diǎn)連線與繞飛衛(wèi)星-地心連線之間的第一夾角；

S12、確定所述相機(jī)視場邊界與相機(jī)光軸方向的第二夾角；

S13、根據(jù)所述第一夾角和所述第二夾角，計(jì)算所述夾角下限。

優(yōu)選地，所述第一夾角為：

所述夾角下限為：γ＝θ+α；