[發(fā)明專利]空間4N衛(wèi)星正方形編隊設(shè)計方法、系統(tǒng)、設(shè)備及存儲介質(zhì)

在審

• 申請?zhí)枺?/td>: 202110821123.1
• 申請日: 2021-07-20
• 公開（公告）號: CN113721650A
• 公開（公告）日: 2021-11-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 黨朝輝;唐生勇;劉培棟;許旭升
• 申請（專利權(quán)）人: 西北工業(yè)大學(xué)
• 主分類號: G05D1/10
• 分類號: G05D1/10
• 代理公司: 西安通大專利代理有限責(zé)任公司 61200
• 代理人: 馬貴香

1.一種空間4N衛(wèi)星正方形編隊設(shè)計方法，其特征在于，包括以下步驟：

獲取空間4N衛(wèi)星正方形編隊中衛(wèi)星的數(shù)量N、正方形的邊長d；

確定正方形頂點上的四個衛(wèi)星對應(yīng)的繞飛半徑和相位角，利用幾何關(guān)系公式計算出其他衛(wèi)星的繞飛半徑和相位角；進而利用繞飛圓一階條件和周期匹配條件計算得到所有衛(wèi)星對應(yīng)的初始相對位置和速度；

利用衛(wèi)星相對初始位置和速度計算并輸出整個4N衛(wèi)星正方形編隊的軌道參數(shù)；完成構(gòu)型初始化部署任務(wù)。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的空間4N衛(wèi)星正方形形編隊的設(shè)計方法，其特征在于，確定正方形頂點上的四個衛(wèi)星對應(yīng)的繞飛半徑和相位角包括：

確定4N衛(wèi)星正方形衛(wèi)星編隊構(gòu)型頂點處的4顆衛(wèi)星的繞飛半徑和相位角；

根據(jù)其余4(N-1)顆衛(wèi)星與4顆頂點處衛(wèi)星之間的幾何關(guān)系，計算除其余的4(N-1)顆衛(wèi)星的繞飛半徑和相位角。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的空間4N衛(wèi)星正方形編隊設(shè)計方法，其特征在于，確定正方形頂點上的四個衛(wèi)星對應(yīng)的繞飛半徑和相位角具體為：

確定正方形頂點上的4顆衛(wèi)星對應(yīng)的繞飛半徑和相位角，具體公式如下：

其中，d是4N顆衛(wèi)星所構(gòu)成的正方形編隊的邊長，r₁、r_N+1、r_2N+1、r_3N+1是第1、N+1、2N+1、3N+1顆衛(wèi)星的繞飛半徑，θ₁、θ_N+1、θ_2N+1、θ_3N+1是第1、N+1、2N+1、3N+1顆衛(wèi)星的相位角；

根據(jù)幾何位置關(guān)系推導(dǎo)計算出除4顆頂點處衛(wèi)星以外的其余4(N-1)顆衛(wèi)星的繞飛半徑以及相位角，

第i顆衛(wèi)星的繞飛半徑r_i和相位角θ_i，具體公式為：

其中i≠1、N+1、2N+1、3N+1，r_i是第i個衛(wèi)星的繞飛半徑，r_i-1是第i-1個衛(wèi)星的繞飛半徑，d正方形編隊頂點處衛(wèi)星之間的距離，即正方形邊長，4N是衛(wèi)星編隊中的衛(wèi)星數(shù)量，θ_i是第i個衛(wèi)星的相位角，θ_i-1是第i-1個衛(wèi)星的相位角，表示該顆衛(wèi)星在正方形框架的第m_i條邊上。

4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的空間4N衛(wèi)星正方形編隊設(shè)計方法，其特征在于，利用幾何關(guān)系公式計算出其他衛(wèi)星的繞飛半徑和相位角包括：

利用空間相對運動中C-W方程下的空間圓編隊條件，計算得到所有衛(wèi)星對應(yīng)的初始相對位置和速度：

根據(jù)周期匹配原理考慮編隊中心和各個衛(wèi)星的機械能相等，對正方形編隊中的各個衛(wèi)星速度進行修正。

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的空間4N衛(wèi)星正方形編隊設(shè)計方法，其特征在于，利用幾何關(guān)系公式計算出其他衛(wèi)星的繞飛半徑和相位角具體為：

利用空間相對運動中C-W方程下的空間圓編隊條件，計算得到所有衛(wèi)星對應(yīng)的初始相對位置和速度：

其中，x_i、y_i、z_i、分別為第i個衛(wèi)星的各個方向的相對位置和速度，r_i為第i個衛(wèi)星的繞飛半徑，θ_i為第i個衛(wèi)星的相位角；

根據(jù)周期匹配原理考慮編隊中心和各個衛(wèi)星的機械能相等，對正方形編隊中的各個衛(wèi)星速度進行修正，

對y方向的速度進行了修正。

6.一種空間4N衛(wèi)星正方形形編隊設(shè)計系統(tǒng)，其特征在于，包括：

獲取模塊，用于獲取空間4N衛(wèi)星正方形編隊中衛(wèi)星的數(shù)量N、正方形的邊長d；

計算模塊，用于確定正方形頂點上的四個衛(wèi)星對應(yīng)的繞飛半徑和相位角，利用幾何關(guān)系公式計算出其他衛(wèi)星的繞飛半徑和相位角；進而利用繞飛圓一階條件和周期匹配條件計算得到所有衛(wèi)星對應(yīng)的初始相對位置和速度；

輸出模塊，用于利用衛(wèi)星相對初始位置和速度計算并輸出整個4N衛(wèi)星正方形編隊的軌道參數(shù)；完成構(gòu)型初始化部署任務(wù)。