[发明专利]一种同轨道面内自然伴飞条件下的卫星观测轨道设计方法

说明书

本发明公开了一种同轨道面内自然伴飞条件下的卫星观测轨道设计方法，其包括：设计观测星的初始轨道，使其与目标星满足自然伴飞条件；初始时刻，设定目标星相对于观测星的视线方向为观测方向，观测星的姿态在绕飞过程中保持空间惯性定向；选择观测相机的视场角；确定观测方向与目标星连线夹角的长周期发散模型；根据长周期发散模型，调整所述观测星的姿态。本发明的卫星观测轨道设计方法可降低对观测星在空间绕飞轨道姿轨耦合的机动要求，控制系统和执行机构简单，成本低。

技术领域

本发明涉及空间观测领域，特别涉及一种同轨道面内自然伴飞条件下的卫星观测轨道设计方法。

背景技术

空间观测和在轨服务技术是目前航天技术领域研究的热点，卫星的绕飞观测技术是一项重要的空间操控技术，在空间目标的在轨检查与识别等空间活动中具有重要作用，是操控服务等活动的前提。目前，一种是自然掠飞观测，几率少、目标分辨率低，绕飞观测卫星多数携带精确的导航设备和控制执行机构，推进剂消耗量大，控制系统和执行机构复杂，成本高。

发明内容

本发明针对上述现有技术中存在的问题，提出一种同轨道面内自然伴飞条件下的卫星观测轨道设计方法，利用自然绕飞的特性，结合两星相对运动关系以及受摄动影响轨道进动的规律，设计了一种同轨道面自然绕飞的观测方法，控制系统和执行机构简单、成本低，且推进剂消耗量小。

为解决上述技术问题，本发明是通过如下技术方案实现的：

本发明提供一种同轨道面内自然伴飞条件下的卫星观测轨道设计方法，其包括以下步骤：

S11：设计观测星的初始轨道，使其与目标星满足自然伴飞条件；

S12：初始时刻，设定所述目标星相对于所述观测星的视线方向为观测方向，所述观测星的姿态在绕飞过程中保持空间惯性定向；

S13：选择观测相机的视场角；

S14：确定观测方向与所述目标星连线夹角的长周期发散模型；

S15：根据所述长周期发散模型，调整所述观测星的姿态。

在自然伴飞过程中，目标星载观测星相机指向附近，影响观测方向相对于目标星连线夹角变化主要有两方面因素：一方面是轨道偏心率不同导致轨道的角速度不同，目标方向相对于观测方向产生一个周期性的角度变化；另一方面是在J2摄动项的影响下，轨道面产生进动，观测方向偏离轨道面，这是一个长周期的缓慢发散过程，卫星的姿态经过很长的时间才需要进行调整，且姿态调整所需的速度增量小，降低了对观测星在空间绕飞轨道姿态耦合的机动要求，控制系统和执行结构简单，减少了卫星观测的成本。

较佳地，所述步骤S11进一步为：根据目标轨道六要素设计观测星的初始轨道。

较佳地，所述步骤S11具体为：所述目标星的轨道六要素为 [a_d,e_d,i_d,Ω_d,ω_d,θ_d]^T，所述观测星的轨道六要素为[a₀,e₀,i₀,Ω₀,ω₀,θ₀]^T，所述观测星的初始轨道为：

其中：a为轨道半长轴，i为轨道倾角，Ω为初始升交点赤经，ω为初始升交点幅角，θ为初始真近点角，e为偏心率，s为所述观测星相对于所述目标星的初始距离。

较佳地，所述步骤S12中所述观测星的姿态在绕飞过程中保持空间惯性定向进一步为：使偏心率保持在0.00001～0.01之间，观测方向与所述目标星相对于所述观测星的视线方向夹角保持在20°以内。