[发明专利]一种基于星间伪距极值的编队星座构型维持控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种星座构型的维持控制方法，特别是一种利用卫星自主测量的星间伪距信息计算相对位置关系，对编队飞行三星星座构型进行维持控制的方法。

背景技术

编队飞行三星星座由一颗主星、两颗副星组成，两颗副星在一个轨道面，副星1在前，副星2在后，主星运行在与副星升交点赤经相差为固定值的另一轨道面，两个轨道面的轨道倾角及轨道高度均相同。在赤道附近时，主星与两颗副星的间距达到最大值，星座在地面投影三角形的面积最大；随着星下点纬度的升高，主星与两颗副星的间距逐渐变小，星座在地面投影三角形的面积也逐渐变小，当星下点纬度到最高纬度时，主星和两颗副星的间距最小，三颗卫星基本上在一条直线上。

目前，对编队飞行三星星座构型维持控制主要是利用精密轨道数据进行，该方法利用地面测控得到的外测数据和卫星下传的GPS轨道数据，采用单外测数据、单GPS数据或外测联合GPS数据的轨道确定方式，获得J2000系下的卫星精密轨道，结合卫星本体工程参数和轨道摄动，通过轨道外推模型控制星座构型变化情况，结合构型维持控的要求，确定构型维持控制时间及控制量大小。这种方法在实际使用中会出现以下两个问题：

1)绝对轨道根数的测量需要受到地面测控站、星上GPS等第三方信息的支持，一定程度上降低了编队卫星在轨运行的自主性和可靠性。

2)绝对轨道根数的测量精度，受测控设备测量精度和短弧段GPS数据定轨精度的限制、星体短周期震荡引起的轨道确定误差、轨道瞬根数与平根数转换模型的固有误差这三方面的影响，往往无法满足编队飞行三星星座构型维持的要求。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种利用星上自主测量的星间伪距极值信息进行编队飞行三星星座构型维持控制的方法，可以克服利用外测轨道数据进行构型维持控制时所带来的方向性误差，提高星座构型维持控制的精确度，保障卫星在轨稳定运行。

本发明的技术解决方案是：一种基于星间伪距极值的编队星座构型维持控制方法，步骤如下：

(1)提取每个轨道周期内主星上自主测量的主星与第一副星之间的伪距最小值，以及主星与第二副星之间的伪距最小值，对所有获取的主星与第一副星之间的伪距最小值进行一次曲线拟合，求解出一次项系数k1，对所有获取的主星与第二副星之间的伪距最小值进行一次曲线拟合，求解出一次项系数k2；

(2)利用公式计算得到第一副星的实际轨道高度与第一副星的标称轨道高度差Δa1，利用公式计算得到第二副星的实际轨道高度与第二副星的标称轨道高度差Δa2，式中n为第一副星或者第二副星标称轨道的平均运动角速度，a为第一副星或者第二副星标称轨道的半长轴；

(3)当第一副星的实际轨道高度高于第一副星的标称轨道高度时，对第一副星实施降轨控制，控制量ΔA≥Δa1，控制时刻早于当第一副星的实际轨道高度低于第一副星的标称轨道高度时，对第一副星实施升轨控制，控制量ΔA≥-Δa1，控制时刻早于当第二副星的实际轨道高度高于第二副星的标称轨道高度时，对第二副星实施降轨控制，控制量ΔA≥Δa2，控制时刻早于当第二副星的实际轨道高度低于第二副星的标称轨道高度时，对第二副星实施升轨控制，控制量ΔA≥-Δa2，控制时刻早于式中1_min、1_max为根据星座构型的要求预设的主星与任意一颗副星之间的最小距离的最小值与最大值，Δn为第一副星相对第一副星的标称位置或者第二副星相对第二副星的标称位置的相对运动速度，T为当前起控时刻。

本发明与现有技术相比的优点在于：本发明方法仅利用星上自主测量的星间伪距信息，不需要受到地面测控站、星上GPS等第三方信息的支持，提高了编队卫星在轨运行的自主性和可靠性；该方法有效解决了利用外测轨道数据进行星座构型维持控制带来了的方向性误差，保证了构型维持操作的有效性，同时提高了构型维持控制的精确度，有效降低了构型维持操作的频率，减少了构型维持对载荷工作的影响以及构型维持操作带来的风险性，对保障卫星在轨稳定运行起到至关重要的作用。

应用本发明方法已成功完成了某在轨编队飞行三星星座的构型维持控制，运算量与利用外测轨道数据进行星座构型维持控制方法相比降低95％以上，控制结果与实际维持数据比较结果表明，对轨道高度差的控制误差小于3m。

附图说明

图1为编队飞行三星星座在轨运行时主副星在地面投影的相对运动情况；

图2为编队飞行三星星座在轨运行时主副星星间距离变化情况；

图3为编队飞行三星星座在轨运行时主星运行方向与主副星连线夹角变化情况；