[發明專利]一種GEO直接定點發射軌道優化方法

有效

• 申請號: 202010524278.4
• 申請日: 2020-06-10
• 公開（公告）號: CN111812977B
• 公開（公告）日: 2022-07-29
• 發明（設計）人: 王傳魁;陳益;周文勇;王國輝;焉彬;張利賓;鄭莉莉;葉成敏;杜大程;張蘇閩;肖澤寧;馮榮;宮長輝;陳佳曄;韓冬
• 申請（專利權）人: 北京宇航系統工程研究所
• 主分類號: G05B13/04
• 分類號: G05B13/04
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張曉飛

1.一種GEO直接定點發射軌道優化方法，其特征在于步驟如下：

步驟一、設置NSGA-II優化參數；

步驟二、設置優化變量取值范圍；

步驟三、生成發射軌道計算參數條件初始種群；在上述優化變量范圍內隨機產生N組初始變量，與上面級重量、上面級發動機推力和比沖一起組成為N組發射軌道計算初始條件；

步驟四、生成發射軌道計算結果種群；將步驟三得到的N組發射初始軌道參數作為起算初值，并將對應的N組初始調相軌道目標參作為第一次變軌目標量，進行彈道迭代計算。

步驟五、生成父代種群；將N組隨機生成的初始參數和對應的軌道計算結果作為初始種群Pt，并將其作為父代種群；

步驟六、生成子代種群；將父代種群Pt進行二元競賽選擇、模擬二進制交叉、多項式變異操作，產生種群Qt，并將Qt作為子代種群；

步驟七、生成下一代父代種群；將Pt和Qt融合在一起，作為規模為2N的臨時種群Rt，對其進行快速非支配排序和擁擠度計算，根據個體的非支配排序分層序號和個體的擁擠距離選擇出最優的N個個體作為下一代進化操作中的父代種群Pt，t＝t+1；

步驟八、遺傳終止判斷；判斷迭代次數是否等于預設上限值Ngen，如果等于則結束運行，完成優化設計工作；否則，返回到步驟四，執行下一代操作；

所述步驟四具體彈道迭代計算過程如下：

步驟A、按照隨機生成的N組初始變量中的GTO軌道遠地點高度Ha_GTO和近地點幅角ω_GTO、定點調相軌道近地點高度Hp_pho和定點調相軌道軌道傾角i_pho，對應設定本次彈道迭代計算中的第一次變軌結束后的軌道近地點高度目標值Hp_phoT＝Hp_pho和軌道傾角i_phoT＝i_pho；

步驟B、設定上面級第一次滑行段時長t₁；令上面級第一次滑行段時長t₁初始設置為半個GTO軌道周期；

步驟C、設定上面級主發動機第一次點火機動時的主發動機工作時長t₂和偏航角修正量δψ₁；令上面級主發動機第一次點火機動時的主發動機工作時長t₂初始設置為剩余可用推進劑的工作時長；偏航角修正量δψ₁的初始值為0；

采用牛頓迭代算法求得上面級第一次滑行時長t₁、第一次主發動機點火工作時長t₂和偏航角修正量δψ₁，牛頓迭代關系式為：

迭代終止條件為：

其中，Oa_pho為當前軌道發動機第一次點火工作結束時刻的彈道傾角，Oa_pho為t₁的函數；ΔHp_pho為當前軌道主發動機第一次點火工作結束時刻的軌道近地點高度Hp_pho1和Hp_phoT差值的絕對值，ΔHp_pho為t₂的函數，Hp_eps為遠地點高度控制精度，n為非負整數；Δi_pho為當前軌道主發動機第一次點火工作結束時刻的軌道傾角i_pho1和i_phoT差值的絕對值，Δi_pho為δψ₁的函數，i_eps為軌道傾角控制精度；

如果滿足迭代終止條件，則一條定點調相軌道迭代計算完成，進入步驟D；

如果在迭代終止條件中，Oa_pho不滿足條件，返回步驟B，調整上面級第一次滑行時長t₁；

如果在迭代終止條件中，ΔHp_pho、Δi_pho兩者中有一項不滿足條件，則返回步驟四，調整t₂和δψ₁，重新計算，直到滿足迭代終止條件；

步驟D、設定上面級第二次滑行時長t₃；令滑行時長t₃初始設置為定點調相軌道周期的一半；

步驟E、設定上面級主發動機第二次點火機動時的主發動機工作時長t₄、偏航角修正量δψ₂和俯仰修正量令上面級主發動機第二次點火機動時的主發動機工作時長t₄初始設置為剩余可用推進劑的工作時長；偏航角修正量δψ和俯仰修正量的初始值均設置為0；

計算衛星分離后的衛星入軌參數，采用牛頓迭代算法進行求解，迭代關系式為：

判斷衛星入軌參數是否滿足如下條件：

其中，a為當前彈道計算時刻衛星入軌軌道半長軸值，a_T為GEO衛星定點完成軌道半長軸值，Δa為兩者差值的絕對值，a_eps為衛星發射軌道半長軸控制精度；i當前彈道計算時刻衛星入軌軌道傾角數值，i_T為衛星發射軌道的軌道傾角值，Δi為兩者差值的絕對值，i_eps為衛星發射軌道傾角控制精度；e為當前彈道計算時刻衛星入軌軌道偏心率；如果Oa不滿足條件，則返回步驟D，調整上面級第二次滑行時長t₃；

如果Δa、Δi、e三者有一項不滿足條件，則返回步驟E，調整t₄、δψ、重新計算，直到滿足迭代終止條件；

如果均滿足條件，軌道迭代計算流程結束，一條軌道設計完成；

按照上述軌道迭代計算流程，完成N組發射初始軌道計算后，得到N組軌道計算結果。