[发明专利]基于微分代数的静止轨道摄动相对轨迹高阶制导方法

说明书

本发明涉及一种基于微分代数的静止轨道摄动相对轨迹高阶制导方法，属于航天器轨道动力学技术领域，考虑光压摄动地球静止轨道非线性相对运动轨迹的两脉冲制导问题，首先依据线性化的考虑光压摄动相对运动方程解析求解线性制导脉冲，然后利用微分代数方法，以线性解为参考轨迹求解制导所需速度增量关于初始和终端位置偏差的高阶泰勒多项式，最后将参考轨迹终端脱靶量代入该泰勒多项式，求得所需的制导脉冲，无需多次迭代积分，能够以任意高阶精度计算所需制导脉冲，计算精度高，应用标称问题的制导映射，仅需多项式运算即可求解标称问题附近的偏置制导问题，无需重新积分计算，计算精度和效率高。

技术领域

本发明涉及航天器轨道动力学技术领域，具体涉及一种地球静止轨道航天器制导方法。

背景技术

地球静止轨道卫星在通信、气象、导航、预警等领域发挥着重要作用，面向静止轨道目标在轨服务和碎片清除等任务是当前航天技术发展的热点。实现航天器相对运动轨迹的精确制导，提高制导精度，有助于改善交会任务的燃料消耗、轨迹安全性、鲁棒性等性能指标，保障在轨服务、碎片清除等任务的顺利实施。

地球静止轨道卫星在运行时除了受到地球的中心天体引力外，还受到地球非球形、日月三体引力、太阳光压等摄动因素的影响。对于静止轨道相对运动轨迹，太阳光压摄动的影响远大于其他摄动项，在航天器相距几公里范围内时甚至大于中心引力差分的影响。分析表明，一个轨道周期内，太阳光压可导致静止轨道航天器相对轨迹产生数百米的偏差。因此，太阳光压摄动是进行静止轨道精确相对制导所必须考虑的因素，也是同近地轨道相对制导的主要区别之一。

交会任务中，传统相对轨迹制导算法主要基于线性化的相对动力学模型(CW方程)求解，忽略了高阶引力差分项和摄动因素的影响，终端误差较大。根据线性制导误差修正终端瞄准点，多次迭代求解制导脉冲，是一种有效消除终端脱靶量的方法。但是，该算法每迭代一次需要进行一次高精度轨道积分预报，而且对不同的边值条件需要重新迭代积分，计算量大。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明针对现有技术中的缺陷，提供了一种考虑太阳光压摄动的静止轨道航天器制导算法。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于微分代数的静止轨道摄动相对轨迹高阶制导方法，包括以下步骤：

S1：建立静止轨道线性相对运动方程，解析求解线性制导脉冲；

本步骤在基于CW方程的传统相对轨迹制导算法的基础上，将太阳光压摄动因素考虑进动力学模型中，重新解析求解相应的线性制导脉冲，以降低在地球静止轨道的制导误差；

具体的，所述S1包括以下步骤：

S101，建立目标航天器的相对轨道坐标系LVLH(Local Vertical LocalHorizontal)，给定初始参数：

该坐标系原点位于目标航天器的质心o，ox轴沿目标航天器的径向，oz轴沿目标航天器轨道面的法向，oy轴与ox、oz轴构成右手坐标系；给定航天器初始时刻t₀的相对状态X₀包括相对位置r₀和相对速度v₀，终端时刻t_f的瞄准状态X_f包括相对位置r_f和相对速度v_f；

S102，建立考虑光压摄动的线性相对运动方程(1)：