[發明專利]基于霍曼變軌的同軌道特定相位分布的星座布局與軌道調整方法、裝置及計算機存儲介質

有效

• 申請號: 202010054220.8
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111301715B
• 公開（公告）日: 2022-02-25
• 發明（設計）人: 王峰;劉明;曹喜濱;吳凡;奚瑞辰;吳姣;苗悅
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: B64G1/10
• 分類號: B64G1/10;B64G1/24
• 代理公司: 西安維英格知識產權代理事務所(普通合伙) 61253
• 代理人: 李斌棟;歸瑩

1.基于霍曼變軌的同軌道特定相位分布的星座布局與軌道調整方法，其特征在于，所述方法包括：

建立對地遙感衛星的入軌運動模型；

基于設定的攝動因素分析所述對地遙感衛星的軌道衰減因素；

針對同一軌道特定相位分布的對地遙感衛星星座，根據所述入軌運動模型設計由入軌軌道進入至標定軌道之間高度調整策略以及所述星座的相位初始化布局策略；

至少根據所述高度調整策略和/或所述相位初始化布局策略、相位保持以及針對所述軌道衰減因素而進行高度維持中的一項或多項確定所述對地遙感衛星在設計壽命下所需的燃料量；

其中，相應于所述高度調整和/或所述相位初始化布局，根據齊奧爾科夫斯基公式獲得脈沖與燃料消耗之間的關系如式1所示：

v_k＝wln(m₀/m_k) (1)

取Δv＝v_k，m₀＝m_k+Δm可得：或

其中，式1所示的關系用于描述軌道高度調整和/或相位初始布局的燃料消耗；

相應于相位保持，單次相位保持所施加的速度沖量所對應燃料消耗如式1所示；

相應于針對所述軌道衰減因素而進行高度維持，根據式2所示的高度衰減以及式3所示的霍曼變軌的脈沖大小，獲得單次進行高度維持所需的脈沖，并根據單次進行高度維持所續的脈沖按照式1獲得單次進行高度維持的燃料消耗：

其中，v₁，v₂分別是所述對地遙感衛星在半徑為r_p，r_a的圓軌道上運行時的速，Δv與v₁的夾角α滿足：表示地球半徑。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述建立對地遙感衛星的入軌運動模型，包括：

通過求解無外力作用下的動力學方程，獲取式4所示的圓錐曲線形式的所述對地遙感衛星的相對運動軌道方程：

其中，r為所述對地遙感衛星的相對運動軌道高度，p為圓錐曲線半通徑，e為偏心率，θ為真近點角，且，p和e決定圓錐曲線的大小形狀；

基于所述對地遙感衛星的具體軌道取決于入軌時刻的運動狀態，確定式5所示的對應關系：

其中，v₀，r₀，β₀分別描述所述對地遙感衛星入軌時速度、相對地心位置、速度與地心連線垂直方向夾角，μ是兩體系統的引力常數；

通過式2得到θ₀與e后，換算成p和e則獲得由v₀，r₀，β₀確定的軌道方程；其中，軌道半長軸a由能量方程得到式6所示：

3.根據權利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于設定的攝動因素分析所述對地遙感衛星的軌道衰減因素，包括：

基于軌道高度一定狀態下影響軌道衰減量的主要因素為大氣阻力，獲取阻力氣動力分量f_τ如式7所示：

其中，m表示所述對地遙感衛星質量，A表示所述對地遙感衛星在速度方向的橫截面積，C_D表示阻力系數，ρ表示大氣密度；

將式4代入圓軌道方程獲得式8：

其中，為彈道參數；

基于圓軌道性質及式8，獲得式9：

其中，所述圓軌道性質為vdt＝rdθ；

針對式9按照圓軌道的一周進行積分可獲得式10：

將式10變換為高度h的形式，則獲得式2所示的軌道高度衰減Δh。

4.根據權利要求3所述的方法，其特征在于，所述軌道高度衰減Δh與大氣密度ρ(h)相關；還與軌道高度、大氣狀態和航天器的彈道參數相關。