[发明专利]一种拟周期J2不变相对轨道编队飞行控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种编队飞行航天器的控制方法。

背景技术

编队飞行时，受限于星间链路的有效范围，编队卫星之间的相对位置需要保持在一定范围之内。同时，位置保持也保证了编队卫星群的相对构型，避免卫星之间的碰撞。此外，如干涉测量等特殊探测任务，还需要保持卫星间的相对方位，这对编队卫星的位置保持提出了较高的要求。

由C-W方程设计的相对周期运动，在地球J2摄动的影响下将不再闭合，这主要是由于主星和从星的子午面转动速率不同导致。(当编队卫星多于2颗时，称运行于既定轨道的为主星，除主星外的其他编队卫星为从星。)现有编队飞行卫星的维持控制主要存在以下几点问题：

1)大都是基于经典C-W方程设计；而C-W方程没有考虑J2摄动的影响，故控制器在消除J2项引起迹向漂移时，将耗费较多的燃料。

2)受C-W方程的影响，长期以来人们都将编队轨迹限定在周期轨道；实际上，编队飞行的有界运动，也可以拟周期轨道的形式实现。

3)经典C-W方程对编队卫星的初始状态有一定约束，编队构型难以快速改变；然而，在许多空间任务中卫星群快速改变相对构型能力非常重要。

4)现有编队飞行控制方法，计算量较大、不易于在工程上实现。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供了一种拟周期J2不变相对轨道编队卫星的控制方法，燃料消耗少，以拟周期轨道运行，可以快速改变相对构型，且易于工程实现。

本发明的技术解决方案是：一种拟周期J2不变相对轨道编队飞行控制方法，以编队飞行卫星中飞行在标称轨道上的卫星为基准星，对编队飞行卫星中未飞行在标称轨道上的卫星施加控制力矩Tc进行调整，T_c＝B^-Δr-σ²G[u₊u₊^H+u_-u_-^H]Δr，其中B^-＝(B-B^T)/2，B⁺＝(B+B^T)/2，Δr为基准星轨道坐标系下待调整卫星与基准星的相对位置矢量，B_λ＝(b₁₁+b₂₂+a₁₁a₂₂+a₁₂²)，C_λ＝(b₁₁b₂₂-b₁₂²)，a_ij表示矩阵A的第i行第j个元素，b_ij表示矩阵B⁺的第i行第j个元素，u₊、u_-分别满足[σ²I-σA+B]u₊＝0，[σ²I+σA+B]u_-＝0，G为控制增益，