[發(fā)明專利]一種地球軌道中航天器的軌跡預(yù)測方法及系統(tǒng)

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011009507.5
• 申請日: 2020-09-23
• 公開（公告）號: CN112141366B
• 公開（公告）日: 2022-03-25
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 汪雪川;馮浩陽;劉綺帆;岳曉奎;代洪華
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 北京高沃律師事務(wù)所 11569
• 代理人: 崔玥

本發(fā)明公開的一種地球軌道中航天器的軌跡預(yù)測方法，包括：從預(yù)測時間步長內(nèi)選取多個配點；根據(jù)航天器的初始位置和速度確定航天器在每個配點時的初始預(yù)測狀態(tài)信息；采用反饋加速Picard迭代方法對航天器在每個配點時的初始預(yù)測狀態(tài)信息進行修正，獲得航天器在每個配點時的修正后的狀態(tài)信息；對航天器在每個配點時的修正后的狀態(tài)信息進行插值，獲得航天器在每個時刻的修正后的狀態(tài)信息。本發(fā)明采用高精度的反饋加速Picard迭代方法對初始預(yù)測狀態(tài)信息進行修正，無需對矩陣求逆，在提高軌跡預(yù)測精度的同時，能夠降低軌道計算中的復(fù)雜加速度項的計算耗時，并且結(jié)合配點法的思想，進一步減少了計算量，本發(fā)明為航天器提供了精確、實時的軌道預(yù)測方法。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航天動力學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種地球軌道中航天器的軌跡預(yù)測方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)

在未來空間任務(wù)中，航天器自主程度更高，協(xié)同和交互操作更加頻繁，研究新型高性能空間軌道計算方法對于航天工程具有重大應(yīng)用價值。對于軌道遞推，研究人員關(guān)注的焦點在于計算精度和計算效率。過去的幾十年中，已經(jīng)有大量研究人員對軌道遞推計算方法進行研究。傳統(tǒng)的數(shù)值方法中，為了得到高精度的計算結(jié)果，需要選擇非常小的計算步長，并構(gòu)造大規(guī)模的代數(shù)矩陣方程，這在實際操作中往往難以實現(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的是提供一種地球軌道中航天器的軌跡預(yù)測方法及系統(tǒng)，以提高軌跡預(yù)測的精度和效果。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種地球軌道中航天器的軌跡預(yù)測方法，所述預(yù)測方法包括如下步驟：

從預(yù)測時間步長內(nèi)選取多個配點；

根據(jù)航天器的初始位置和速度確定航天器在每個配點時的初始預(yù)測狀態(tài)信息；

采用反饋加速Picard迭代方法對航天器在每個配點時的初始預(yù)測狀態(tài)信息進行修正，獲得航天器在每個配點時的修正后的狀態(tài)信息；

對航天器在每個配點時的修正后的狀態(tài)信息進行插值，獲得航天器在每個時刻的修正后的狀態(tài)信息。

可選的，所述從預(yù)測時間步長內(nèi)選取多個配點，具體包括：

利用公式ξ_m＝cos[(m-1)π/(M-1)],m＝1,...,M，在[-1,1]區(qū)間中選取M個節(jié)點；

分別令ξ＝ξ₁,…,ξ_M，利用公式確定每個節(jié)點對應(yīng)的第i個預(yù)測時間步長內(nèi)的實際時間作為配點；

其中，ξ₁、ξ_m和ξ_M表示分別表示第1個、第m個和第M個節(jié)點，M表示節(jié)點的個數(shù)，t_i和t_i+1為第i個預(yù)測時間步長的左端點和右端點，t表示實際時間，ξ表示實際時間t對應(yīng)的[-1,1]區(qū)間內(nèi)的縮放后的時間。

可選的，所述根據(jù)航天器的初始位置和速度確定航天器在每個配點時的初始預(yù)測狀態(tài)信息，具體包括：

判斷預(yù)測時間步長是否小于一個軌道周期，獲得第一判斷結(jié)果；

若所述第一判斷結(jié)果表示是，則，分別令t＝t₁,t₂,…,t_M，根據(jù)航天器的初始位置和初始速度，利用公式確定航天器在每個配點時的初始預(yù)測狀態(tài)信息；

其中，x(t)表示實際時間t的初始預(yù)測狀態(tài)信息，r(t)和v(t)分別表示實際時間t的初始預(yù)測位置矢量和初始預(yù)測速度矢量，r₀和v₀為航天器的初始位置和初始速度，t₁、t₂和t_M分別表示第1個、第2個和第M個配點；