[发明专利]一种针对空间翻滚目标上任意点的交会方法

权利要求书

1.一种针对空间翻滚目标上任意点的交会方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、根据目标航天器质心和追踪航天器质心间的相对平动方程及相对转动方程，建立目标航天器上的任意一点P_t^j和追踪航天器上的任意一点的相对运动耦合模型；

S2、对步骤S1所述耦合模型进行模型简化及坐标变换，得到用真近点角表示的相对运动方程，先利用目标航天器的真近点角θ_t代替时间t作为独立变量，所述独立变量能够从时间t转化成目标航天器的真近点角θ_t；

耦合模型的简化模型为：

其中，x_ij,y_ij,z_ij是交会点相对位置的分量，ω_t是相对运动坐标系相对于地心惯性坐标系的角速度矢量，r_t是目标航天器的位置矢径，μ是地心引力常数；

采用如下坐标变换：

其中，e_t表示目标航天器轨道的偏心率，θ_t是目标航天器的真近点角，[x_ij y_ij z_ij]^T是变换前两航天器的相对位置，则是变换后的位置分量，再利用R²ω＝h，定义常数得到用真近点角θ_t表示的相对运动方程，R是地球半径，h是目标航天器的轨道角动量；

S3、对步骤S2所述相对运动方程进行求解并得到状态转移矩阵，还原解析解得到目标航天器在轨道面内和轨道面外任意时刻的真实相对状态，所述轨道面内的具体解析解为：

其中，坐标变换后轨道面的位置分量，K₁,K₂,K₃,K₄是积分常数，c是ρcosθ_t的简写，s是ρsinθ_t的简写，e_t是目标航天器轨道偏心率，ρ＝(1+e_tcosθ_t)，J＝k²(t-t₀)；

S4、当初始相对状态确定时，利用步骤S3所述状态转移矩阵得到后面任意时刻的相对运动状态，当目标航天器和追踪航天器交会点间的相对距离为零时则成功交会，即为正向轨迹；当期望交会状态确定时，利用步骤S3所述状态转移矩阵反算之前任意时刻的状态，得到符合要求的初始条件，即为逆向轨迹。

2.根据权利要求1所述的一种针对空间翻滚目标上任意点的交会方法，其特征在于，所述相对运动方程具体为：

其中，是坐标变换后的相对位置分量，分别是相对目标航天器的真近点角θ_t的一阶导数，分别是相对目标航天器的真近点角θ_t的二阶导数，ρ＝(1+e_tcosθ_t)，h是目标航天器的轨道角动量。

3.根据权利要求1所述的一种针对空间翻滚目标上任意点的交会方法，其特征在于：对所述解析解进行整理，其矩阵形式为：

其中，是坐标变换后轨道面内任意时刻相对位置分量，是坐标变换后轨道面内任意时刻相对速度分量，是轨道面内解析解整理成矩阵形式时产生的附加项，c′是c对θ_t的导数，s′是s对θ_t的导数。

4.根据权利要求3所述的一种针对空间翻滚目标上任意点的交会方法，其特征在于：所述目标航天器在轨道面外任意时刻的相对运动状态用矩阵表示如下：

其中，是坐标变换后轨道面外任意时刻相对位置分量，是坐标变换后轨道面外任意时刻相对速度分量，是坐标变换后轨道面外初始时刻相对位置分量，是坐标变换后轨道面外初始时刻相对速度分量，θ₀是目标航天器初始真近点角，

5.根据权利要求3所述的一种针对空间翻滚目标上任意点的交会方法，其特征在于，对所述解析解进行还原得到真实解，具体如下：

利用逆变换，得到期望的解析解为：

其中，和分别是目标航天器轨道坐标系下的相对位置和相对速度，h是目标航天器的轨道角动量，μ是地心引力常数。