[发明专利]一种基于增益在线估计的卫星自主轨道保持方法

权利要求书

1.一种基于增益在线估计的卫星自主轨道保持方法，用于使用喷气推力器作为轨道控制执行机构的卫星中，其特征在于，包含：

S1、根据当前GPS或星上轨道递推得到轨道瞬时六根数，采用迭代算法得到卫星轨道的平均轨道六根数；

S2、根据平均轨道六根数得到当前的轨道平半长轴，当平半长轴相比参考半长轴衰减到一定阈值时，置允许轨道控制标识；

S3、根据平均轨道六根数计算当前的轨道平近点角，如果当前时刻的轨道平近点角表明卫星处于轨道的远地点时，进入轨道保持控制；

S4、判断是否为轨道保持控制的第一个控制周期，若是，在该控制周期内，根据轨道控制增益以及当前轨道平半长轴的衰减程度计算轨控需要的半长轴增量，并根据该半长轴增量，采用可在线更新的轨道控制增益计算轨控的喷气时长；若否，判断当前轨道控制喷气时间是否达到了轨控的喷气时长，如果未达到，则继续喷气，如果已经达到，则置轨控结束标志，退出轨控；

S5、轨道保持控制结束后，根据GPS实际得到的轨道瞬时六根数，计算目标半长轴改变量和实际半长轴改变量的偏差，通过轨道控制增益更新律改变轨道控制增益，以用于下一次轨道保持控制；其中，所述的轨道控制增益更新律分为单步修正轨道控制增益和多步修正轨道控制增益两种模式。

2.如权利要求1所述的基于增益在线估计的卫星自主轨道保持方法，其特征在于，所述步骤S4中的根据轨道控制增益以及当前轨道平半长轴的衰减程度计算得到需要的半长轴增量的具体过程为：

计算需要的半长轴增量R_c，并根据下试计算轨控喷气时长T，

式中，K_c为可变的轨道控制增益，μ＝3.98×10¹⁴为地球引力常数，a为卫星半长轴，v为卫星线速度，m_t为卫星质量，F为轨道控制推力器输出推力的大小；通过在线的修正K_c的大小，可以提高轨道控制的鲁棒性。

3.如权利要求1或2所述的基于增益在线估计的卫星自主轨道保持方法，其特征在于：所述的步骤S5中的通过单步修正轨道控制增益改变轨道控制增益的计算过程为：

针对卫星初期喷气推力较大或者半长轴调整量较小，即一次轨控喷气即可实现半长轴调整的情况，采用单步修正轨道控制增益，通过求解最优问题，得到轨道控制增益的估计值，具体的：

实际的轨道半长轴变化量R_t和轨道控制时长T之间满足：

式中，K_t为待求的真实轨道控制增益，μ＝3.98×10¹⁴为地球引力常数，a为卫星半长轴，v为卫星线速度，m_t为卫星质量，F为轨道控制推力器输出推力的大小；

K_c为轨道控制增益，即K_t的估计值，取实际的轨道半长轴变化量R_t与预计半长轴增量R_c的差的平方作为最优化问题的性能指标：

假设在当前轨道控制增益K_c的基础上增加ΔK_c，使得E_R最小，令E_R对ΔK_c求偏导，并另其等于零：

进而得到轨道控制增益的修正值：

在每一拍增益修正周期内，当前为第k+1拍时，根据式(5)计算到增益修正值ΔK_c(k)，再在前一拍第k拍轨道控制增益的估计值K_c(k)上累加该修正值，得到当前第k+1拍时轨道控制增益K_c的估计值K_c(k+1)。

4.如权利要求1或2所述的基于增益在线估计的卫星自主轨道保持方法，其特征在于，所述的步骤S5中的通过多步修正轨道控制增益改变轨道控制增益的计算过程为：

针对卫星后期喷气推力不足或者半长轴调整量较大，需要多次喷气轨控实现半长轴调整的情况，采用多步修正轨道控制增益，通过估计喷气时长的修正值，得到轨道控制增益的估计值，具体的：

通过下式：

式中，R_c(k)为第k次轨道控制的目标半长轴改变量，单次轨道控制时间长度上限为T_max，R_t(k)为第k次轨道控制的实际半长轴改变量，T(k)为第k次的轨控时间，K_c(k)为第k次轨控的控制增益，μ＝3.98×10¹⁴为地球引力常数，a为卫星半长轴，v为卫星线速度，m_t为卫星质量，F为轨道控制推力器输出推力的大小；

根据上式得到第k拍喷气时长的修正值，结合第k拍的轨道控制时长理论计算值为：

再通过下式：

得到修正后的第k+1拍的轨道控制增益K_c(k+1)。