[发明专利]用于生成轨道数据的方法和装置

说明书

为了维持或者改变围绕地球轨道运行的卫星相对地球的定位及其轨道路径，要求该卫星连续地得到有关其方位的数据。除了调整天线阵列、太阳能电池阵列之外，其它的一些通用功能也要依靠该信息。目前，这些数据多数都是通过自动或者人工干预方式而从地面站上载得到。由于卫星围绕地球轨道运行时通信中的间隙，所以不能以连续方式来上载数据。

在需要该信息的功能中，其主要实例就是卫星的姿态控制。通过卫星自身探测到的地球、太阳、恒星以及其它卫星的位置，现代卫星可以有多种手段来收集信息。此外在卫星自带的计算机内还可以存储轨道日历(天文历)，其中包括期望的轨道路径和卫星姿态的预定计划。另外还有一个预测重复波动的数据库可以被存储，并且根据实际情况来更新。根据这一数据，可以预知轨道模型，并且该轨道模型可以用于纠正姿态、轨道位置以及各种阵列聚焦中所出现的错误。

在涉及地球同步轨道的情况中，由于卫星相对地球的位置是保持不变的，所以数据要相对稳定一些。随着轨道变得更加复杂，则数据也会随之变得更加动态化。随着商用卫星的出现，对复杂轨道也有了更多的需求，复杂轨道能够在需求比较大的特定区域内提供更长的“悬空时间”。这种轨道的一个实例就是所谓的Tundra轨道，它是一种倾斜的椭圆恒星日轨道。这种轨道中地球的相对位置不再是恒定的，且需要连续更新有关地球以及星系中其它参照物的数据。可以预见当采用这种轨道时，根据该卫星所能提供的应用，卫星轨道和姿态数据需要以每十秒钟的频率进行更新。

因此需要一种方法去传播卫星上存储的所需要的信息。该信息需要被转换成为适用于各种功能的参考结构。本发明的一个目的就在于提供一种卫星自带系统，用于生成近似实时的数据消息(包括太空飞行器的位置和速度)，从而在卫星自身所探测到的有关地球、太阳以及其它探测器数据的基础上，更加有效地进行空间站的保持，而且可以更加精确地控制卫星的姿态、太阳能电池阵列以及天线指向等。

卫星控制数据以状态向量和状态向量积的形式被生成，它表示空间飞行器相对地球、太阳、月亮以及地球上特定位置的方位以及几何关系。这些数据被用于控制卫星的姿态、SADA控制、天线指向、动量管理以及地球传感器扫描禁止调度。卫星自带的轨道传播器预测数据，并且把该数据集成到各种不同功能的控制系统内。以十秒钟的固定间隔生成采用地心赤道坐标结构的状态向量，其中包括卫星的方位、速度以及历元。根据此数据可以生成一系列的向量积来为特定功能服务。向量积被组织成两组，其中一组是与姿态无关的向量积，另一种是与姿态相关的向量积。表示姿态分布的数据子集是基于姿态无关向量积的，并且它与姿态相关组相结合。这些输出被用于各种功能控制，为闭环的功能控制提供理想的解决方案。在探测到的参考信号基础上，为比较此系统的轨道传播器所生成的理想解决方案，传感器处理器可以提供实时的方位姿态。

每一次生成状态向量以确保连续的性能时，都会执行有效性检验。预测的状态向量可以通过两种方法来进行检验。一种方法是在预测的状态向量方位和速度的基础上，计算角动量向量。并且与前一个动量向量进行比较，去检测异常的变化。由于在高能量轨道中(要被使用的其中一种类型)该动量向量会保持得相当平稳，因此任何较小的波动都是可疑的，都会导致无效的判定。此外还要计算当前的升交角距，并且与先前的升交角距相比较，以获得变化速率。然后该变化速率与轨道中的最大角速率相比较。较大的角速率也会导致生成无效的判定。为使传播过程稳定，无效性也会导致在轨道传播器中插入上一个有效的状态向量。而有效的判定会导致缓存该状态向量以用于生成下一级向量积。

随后参考附图详细地描述本发明，其中：

图1和图2是本发明的系统框图；

图3a和图3b是本发明的方法流程图；

图4是本发明中所使用的轨道传播器的框图；

图5A和图5B给出姿态无关向量积的列表；以及

图6给出姿态相关向量积的列表。

卫星配备有控制计算机，用于管理计算机的功能。该计算机由一系列相互连接的处理器构成，这些处理器由驻留在计算机中的程序来操作。一组这样的处理器(被称为传播器1)共同协作，根据按轨道运行的卫星的要求去周期性地预测状态向量。该状态向量包括在特定时刻或历元内所预测的卫星期望位置和速度。为了便于描述和理解，采用术语处理器或模块来描述离散的功能单元。应该可以理解到，这些功能可以等效地由在一个或几个计算机或微处理器上运行的软件或固件功能块来执行。