[發明專利]航天器自主測控覆蓋分析方法

有效

• 申請號: 201910319256.1
• 申請日: 2019-04-19
• 公開（公告）號: CN110046436B
• 公開（公告）日: 2023-05-05
• 發明（設計）人: 李蒙;馬曉兵;白梵露;張亞鋒;楊海峰;王曦
• 申請（專利權）人: 北京空間技術研制試驗中心
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;B64G1/24;G06F111/04;G06F119/14
• 代理公司: 北京謹誠君睿知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 11538
• 代理人: 陸鑫;延慧

本發明涉及一種航天器自主測控覆蓋分析方法，包括以下步驟：a.建立用于對地面指定點描述航天器相對測站運動的地面測站坐標系，建立地心赤道固連坐標系，建立所述測站坐標系到所述固連坐標系的正交變換矩陣；b.計算航天器可被所述測站測控覆蓋的邊界條件；c.根據所述b步驟中的測控覆蓋邊界條件進行測控覆蓋計算。本發明的航天器自主測控覆蓋分析方法精確計算了進出測站時間，所用算法只涉及簡單的矩陣運算及三角函數運算，避免了數值積分及逐點測控覆蓋分析，極大降低了計算量，提高了可靠性。適用于航天器在軌自主測控覆蓋分析。

技術領域

本發明涉及一種航天器自主測控覆蓋分析方法。

背景技術

執行飛行任務的航天器，其任務安排在設計階段由飛行方案確定，如飛行狀態設置、軌控策略規劃、設備在軌測試、交會對接執行等事件。由于這些事件同飛行控制結果、任務軌道、測控覆蓋等因素密切相關，其執行的具體時機無法在設計階段確定，需要在飛行任務中通過實時控制完成。

航天器的飛行控制通常包括兩種方式：基于地面測控的天地大回路控制方式和基于航天器自身平臺的在軌自主控制方式。目前大部分航天器的飛行控制采用前者：設計單位根據任務需求及約束條件設計飛行程序；實施單位依據飛行程序結合實時測定軌結果，生成符合實際測控約束的飛行程序并注入航天器；注入數據還需多方校核，流程十分復雜。未來航天發射任務對飛行控制提出了新的挑戰，以參與空間站組建和運營的載人飛船為例，一方面由于時效性約束，需要具備快速交會對接的能力；另一方面考慮到空間站維護需求，天地往返飛行頻繁，發射密度增加。若繼續采用傳統的飛控模式，將導致人力和物力資源占有量持續增加。為了減少操作的復雜性，縮短飛行程序生成時間，降低任務的費用，簡化地面支持系統，實現航天器在軌自主控制是未來航天器發展的大趨勢。

航天器自主控制，要求航天器自身采用一定算法自動完成使命級用戶需求至飛行程序的轉換處理。航天器的飛行程序主要包括兩部分內容：進出測控區程序和執行具體任務的事件程序。前者用于進出測控區時打開或關閉天地鏈路通信設備；后者執行飛行任務安排的具體事件，如軌控發動機開關、交會對接中的停泊點保持和對接接觸等，多數關鍵事件都是和進出測控區時刻綁定的。由此可見，自主測控覆蓋計算是航天器實現自主飛行程序規劃的重要環節。

發明內容

本發明的目的在于解決上述問題，精確計算航天器進出測站時間，降低航天器自主測控覆蓋分析方法的計算量，并提高其可靠性的航天器自主測控覆蓋分析方法。

為實現上述發明目的，本發明提供一種航天器自主測控覆蓋分析方法，包括以下步驟：a.建立用于對地面指定點描述航天器相對測站運動的地面測站坐標系，建立地心赤道固連坐標系，建立所述測站坐標系到所述固連坐標系的正交變換矩陣；

b.計算航天器可被所述測站測控覆蓋的邊界條件；

c.根據所述b步驟中的測控覆蓋邊界條件進行測控覆蓋計算。

根據本發明的一個方面，在所述b步驟中，根據所述測站在所述固連坐標系下的參數，以及被觀測航天器的軌道參數，求航天器可被測站觀測到的邊界升交點經度及緯度幅角，獲得航天器未來過測站的圈次；

根據被觀測航天器的軌道參數，求航天器經過測站時的地心距。

根據本發明的一個方面，在所述c步驟中，根據所述步驟b中獲得的過測站時的圈次、緯度幅角和地心距，利用自主軌道預報算法，直接將航天器軌道由外推至過測站的粗略時刻；在過測站的粗略時刻的基礎上，精確計算進出測站時刻及過站時間。

根據本發明的一個方面，在所述a步驟中，所述測站坐標系用于對地面指定點描述航天器相對測站的運動；所述測站坐標系原點o_s取為測站中心，地球為球形時z_s軸由地心指向天頂，x_s軸、y_s軸位于當地水平面內，分別與過站的子午線與緯線平行，并分別指向東方、北方；