[发明专利]一种基于连续推力的轨道机动自主规划方法和系统

说明书

本发明公开了一种基于连续推力的轨道机动自主规划方法和系统，其中，所述方法包括：根据轨道机动前后目标视线角变化与视线距离精度间的对应关系，建立可观测度优化模型；根据约束条件和给定可观测度优化目标时刻，对可观测度优化模型的目标函数进行优化，得到最优推力参数，并解算得到当前相对导航结果；根据当前相对导航结果与原始相对导航结果之间的比较结果，判定所述当前相对导航结果是否满足可观测性优化判定条件；若判定当前相对导航结果满足可观测性优化判定条件，则返回并重新进行轨道机动规划。本发明实现仅测角相对导航系统可观测度的自主增强，满足了空间态势感知与自主交会等任务的应用需要。

技术领域

本发明属于航天技术领域，尤其涉及一种基于连续推力的轨道机动自主规划方法和系统。

背景技术

天基仅测角相对导航是根据目标视线角观测量确定空间合作/非合作目标相对运动轨道的重要技术手段，在空间攻防、态势感知和在轨服务等领域具有广泛的应用。

由于天基仅测角相对导航缺少目标视线距离观测信息，导致导航系统可观测度相对较差。为解决这一问题，可以通过轨道机动改变相对导航观测几何，进而提取出目标视线距离变化信息，以增强天基仅测角相对导航系统的可观测度。在已有的方法中，分析了利用脉冲机动的方式提升仅测角相对导航系统可观测度的可行性，不过这些方法大多针对特定的相对运动模型，且对包含约束的轨道机动设计问题处理能力十分有限。

考虑到实际航天任务中推进系统的推力都是有限的，而且具有一定的持续工作时间，未来基于全电推进平台的卫星也将具有更加广泛的应用，因此，建立基于连续推力的天基仅测角相对导航可观测度优化方法不仅具有重要的应用价值，而且具备广阔的应用前景。考虑到轨道机动规划时常常包含多种设计约束，为便于未来在实际航天任务中应用，在连续推力轨道机动规划方案设计时必须具备对各种设计约束的兼容能力。此外，为增强卫星的自主运行能力，要求连续推力可观测度优化方法可根据当前时刻导航状态实现轨道机动自主规划。上述问题的解决将为天基仅测角相对导航系统导航能力的提升和自主运行能力的增强发挥重要作用。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于连续推力的轨道机动自主规划方法和系统，实现仅测角相对导航系统可观测度的自主增强，满足空间态势感知与自主交会等任务的应用需要。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于连续推力的轨道机动自主规划方法，包括：

步骤1，根据轨道机动前后目标视线角变化与视线距离精度间的对应关系，建立可观测度优化模型；

步骤2，根据约束条件和给定可观测度优化目标时刻，对可观测度优化模型的目标函数进行优化，得到最优推力参数，并解算得到当前相对导航结果；

步骤3，根据当前相对导航结果与原始相对导航结果之间的比较结果，判定所述当前相对导航结果是否满足可观测性优化判定条件；

步骤4，若判定当前相对导航结果满足可观测性优化判定条件，则返回步骤1重新进行轨道机动规划。

在上述基于连续推力的轨道机动自主规划方法中，还包括：

建立观测卫星在目标质心轨道坐标系下的相对运动模型与仅测角相对导航观测模型，利用无迹卡尔曼滤波算法进行相对导航解算，得到原始相对导航结果；

根据原始相对导航结果与相对状态估计误差限，判定所述原始相对导航结果是否满足可观测性优化判定条件；

若所述原始相对导航结果满足可观测性优化判定条件，则执行上述步骤1。

在上述基于连续推力的轨道机动自主规划方法中，通过如下步骤得到最优推力参数：

将推进系统约束、燃料约束和卫星姿态约束作为罚函数加入可观测度优化模型的目标函数；