[发明专利]一种基于燃料消耗优化的卫星编队构形控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及卫星编队的构形控制技术，具体地，涉及一种基于燃料消耗优化的卫星编队构形控制方法。

背景技术

由于卫星编队相比较于单个卫星具有一些优势，所以许多国家投入了对卫星编队的积极研究与在轨验证。而卫星编队的构形控制技术就是其中的关键技术之一。卫星编队构形控制包括：构形初始化、构形保持和构形重构三个方面。按照调整轨道根数的不同，卫星编队构形控制又分为轨道面外根数控制和轨道面内根数控制。

现存卫星编队构形的控制主要有五脉冲控制、四脉冲控制、三脉冲控制以及基于脉宽调制技术的LQR连续控制。上述控制策略中有些策略可以实现时间最优等特点，但相对较为复杂且燃料消耗非最优，然而对于长期卫星编队控制而言，以最省燃料的方式进行控制是控制的首要任务。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于燃料消耗优化的卫星编队构形控制方法，它能够实现近圆非赤道轨道条件下的编队卫星构形初始化、构形保持和构形重构的控制。本发明采用一脉冲调整控制平面外轨道根数，三个脉冲调整平面内轨道根数。如果只需要调整平面内轨道根数如编队保持控制时，四脉冲控制将演变为三脉冲控制，甚至两脉冲控制。

为解决上述技术问题，本发明采用了以下技术方案：本发明通过计算编队构形控制输入量（相对轨道根数的期望值与实际值之差），根据控制输入量判断是否需要进行平面外轨道控制，如果需要平面外轨控，计算出相应的速度增量和轨控时刻，并计算平面外轨控对平面内轨道根数的耦合影响，修正平面内的控制输入量；然后进行平面内轨道根数的联合调整，考虑了平面内轨道根数调整之间的耦合影响，并进行有效补偿。根据是否需要利用漂移被动控制，确定合适k值，计算获得三冲量速度增量和轨控时刻。

具体地，一种基于燃料消耗优化的卫星编队构形控制方法，包括如下步骤：

①计算编队构形的控制输入量即目标构形与当前构形的相对轨道根数差值；

②根据控制输入量，判断是否进行轨道平面外控制，如果需要进行控制，首先进行轨道平面外第一次冲量控制，并且计算轨道平面外控制对平面内根数的主要耦合影响，重复步骤①修正控制输入量；

由于平面外轨道根数控制对平面内的轨道根数会产生耦合影响，所以根据控制输入量，判断是否进行轨道平面外控制，如果需要进行控制，根据式(1)首先进行轨道面法向控制，即第一脉冲控制

Δν=nαΔiX2+ΔiY2---(1)]]>

其中△v表示轨道面法向的速度增量；△i_X和△i_Y表示轨道平面外相对轨道根数；n表示平均轨道角速度；a表示卫星轨道半长轴。

在纬度幅角u1=arctan或者时刻轨控喷气，选择u1时喷气为轨道面正法向喷气，在u₂时喷气为轨道面负法向喷气。

根据第一脉冲控制量计算平面内参数的修正量

d△e_x=esinωcoti△i_y

d△e_y=-ecosωcoti△i_y          (2)

d△u=-coti△i_y

其中△e_x、△e_y和△u表示轨道平面内的相对轨道根数；△i_X和△i_Y表示轨道平面内相对轨道根数；e表示卫星轨道偏心率；ω表示卫星轨道近地点幅角。d()表示该相对轨道根数的变化量。

③根据实际需求，确定合适k值，根据式(3)计算第二、三、四次冲量控制速度增量，对平面内轨道根数进行联合调整控制；