[發明專利]一種低軌星座相位保持參數估計方法

有效

• 申請號: 202110362735.9
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113189619B
• 公開（公告）日: 2023-05-09
• 發明（設計）人: 李新剛;裴勝偉;齊彧;黃華;佟金成;侯鳳龍
• 申請（專利權）人: 中國空間技術研究院
• 主分類號: G01S19/14
• 分類號: G01S19/14;G01S19/42;G06F17/15
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 程何

一種低軌星座相位保持參數估計方法，屬于衛星軌道控制技術領域。本發明通過不直接利用星載GNSS定軌輸出的軌道半長軸測量值，利用較高精度的緯度幅角測量值間接估計軌道半長軸平根，取得了不提高現有GNSS接收機定軌精度，即可滿足衛星星座維持對軌道半長軸的高精度要求，避免了在衛星上配置價格更高的雙頻GNSS接收機；本發明通過對相對緯度幅角測量值轉換為平根后進行多項式擬合，再利用相對緯度幅角平根與軌道半長軸平根之間的變化關系，對軌道半長軸平根的變化趨勢進行多項式擬合并計算出擬合系數，從而間接估計任意時刻的軌道半長軸平根，取得了半長軸平根精度優于1m，滿足任意半長軸衰減速率情況下基于單邊漂移環控制策略均能完成星座相位保持。

技術領域

本發明涉及一種低軌星座相位保持參數估計方法，屬于衛星軌道控制技術領域。

背景技術

低軌星座在運行期間需要保持相對構型穩定，防止對地面的覆蓋特性發生改變。受限于軌道確定精度和軌道控制精度，衛星在軌的初始軌道參數與設計參數存在偏差，導致衛星之間的相對軌道參數發生改變，將逐漸破壞星座的相對構型；此外衛星在長期運行過程中受到各種環境攝動力影響，如地球引力場攝動、日月引力攝動、天氣阻力攝動以及光壓攝動等，這些攝動力導致衛星的軌道參數發生變化，也將破壞星座的構型。因此在軌運行期間需要進行一系列的星座相位保持任務來保證星座構型滿足設計要求，即要求衛星之間的相對緯度幅角及不同軌道面之間的相對升交點赤經維持在一定的設計范圍內。

同軌衛星間的相位保持策略一般以星座參考軌道作為相位保持目標，通過調整衛星相對參考軌道的半長軸平根，改變衛星相對參考軌道的相對軌道角速度，間接控制衛星相對參考軌道的相對緯度幅角平根，維持相對緯度幅角平根在一個預先設置的控制盒內，即任意時刻，相對緯度幅角平根始終不超過控制盒的邊界(相對緯度幅角平根最大閾值)。

當衛星相對參考軌道的半長軸平根控制的越精確，星座相位保持的周期越長，需要調整的半長軸平根越小，消耗的推進劑也越少。

此外，為了降低運載成本，低軌星座一般采用一箭多星批量發射部署方案，因此衛星艙外布局非常緊湊，推力器往往只能在衛星的某一個艙板上安裝，由于推力器在衛星長期在軌工作期間的主要任務是星座相位保持，在布局受限的情況下，推力器一般在衛星的-X面(規定在軌期間，衛星三軸對地定向情況下的+X面沿飛行速度方向)安裝，推力沿+X方向輸出，產生沿飛行方向的切向推力。為了在星座相位保持期間不影響星間鏈路和對地通信業務，同軌相位保持策略一般采取單邊漂移環控制，衛星僅在相對參考軌道的相對緯度幅角平根到達控制盒右邊界時調整半長軸，在半長軸受大氣阻力作用下逐漸降低過程中，衛星的相對緯度幅角平根向控制盒左邊界漂移到最小后會逐漸向控制盒右邊界漂移，形成單邊漂移環。由于太陽活動影響大氣密度，半長軸的衰降速度也相應變化，當半長軸衰降速度較小時，衛星相對參考軌道的半長軸平根調整量過大則會導致衛星相對參考軌道的緯度幅角平根漂出控制盒左邊界，導致同軌衛星間的相位保持精度變差。

目前低軌星座衛星一般通過星載GNSS導航接收機實現星上自主定軌，軌道半長軸的測量誤差均方根一般大于10m，如果直接根據該測量值計算半長軸平根調整量，極易發生相對緯度幅角超控制盒邊界的情況，導致單邊漂移環控制策略失效。

發明內容

本發明解決的技術問題是：克服現有技術的不足，提供了一種低軌星座相位保持參數估計方法，通過相對緯度幅角測量值間接對軌道半長軸進行估計，可以將軌道半長軸平根的估計誤差降低到1m以內，滿足衛星基于單邊漂移環控制策略進行星座相位保持的需要。

本發明的技術解決方案是：一種低軌星座相位保持參數估計方法，包括如下步驟：

確定星座參考軌道和星座相位保持參數；

進行相對緯度幅角平根多項式擬合，獲得相對參考軌道緯度幅角平根；

計算相對半長軸平根多項式系數；

估計相對半長軸平根偏差。