[发明专利]一种星上自主卫星轨道预报方法

说明书

一种星上自主卫星轨道预报方法，首先用户综合考虑所轨道预报精度和实际工程可接受运行时间，预先设置轨道预报周期和分段时间间隔；由地面控制系统针对用户提出的轨道预报需求进行精确预报，生成轨道预报周期内所有分段初始轨道参数；接着，地面控制系统将生成的各分段初始轨道参数按照预先设置好的分段时间间隔依次上注到星上控制系统，作为星上控制系统自主轨道预报的输入；最后，星上控制系统基于各分段初始轨道参数进行星上自主的轨道预报。本发明基于星地配合，有效发挥地面的高计算能力，同时降低了星上自主轨道预报算法运行时间，同时兼顾了轨道预报的工程实践精度。

技术领域

本发明属于航天轨道动力学技术领域，涉及一种兼顾卫星轨道精确度和轨道计算运行时间的星上轨道预报方法。

背景技术

轨道预报是指在已知卫星当前时刻状态的前提下，根据卫星的运动学微分方程，来预测卫星在未来一段时间内的位置和速度。轨道预报对于卫星导航、卫星测控任务规划等都具有重要的作用。我国的低轨卫星轨道计算目前普遍使用的是考虑地球非引力场主要带谐项的拟平均根数法，同时在注入参数中考虑大气摄动的影响造成的半长轴的长期效应，该方法在多年的航天实践中得到了成功应用。

由于传统非自主卫星的管控模式为“地面控制，星上执行”，因此传统非自主卫星不需要进行星上自主长时间轨道预报。传统非自主卫星规划由地面完成并生成卫星控制指令，卫星本身不需要进行轨道预报，然而随着卫星自主能力的提高，卫星具有了自主任务规划的能力。任务规划指的是针对所需要完成的观测任务进行优化决策调度选择合理的观测，并生成观测任务的执行方案，星上自主的到来势必要求卫星具有星上自主轨道预报的能力。同时，星间通讯条件有限且星上存储资源有限，若地面外推一天轨道数据通过卫星测控窗口直接上注，这样大数据的轨道数据不仅占用的大量的卫星测控通道，而且造成了星上存储资源的浪费。

目前主流的精确预报卫星轨道的方法，综合考虑50×50阶的地球引力模型、太阳引力模型、月亮引力模型、太阳光压模型、大气阻力模型、地球发射压模型和潮汐摄动模型等，以下简称精确算法(如可以参考：【杨嘉墀,范秦鸿,张云彤等.航天器轨道动力学与控制(上).中国宇航出版社.1995:1～10,144～151,187～197,500,512～514】)。精确算法计算复杂度高、精算精度高，但是精确算法的模型存储需要几十兆的内存空间，而且计算速度较慢，需要占用计算平台的大量计算资源。特别对于计算资源和存储资源双双有限的星载计算机，直接将精确算法搬至星上是不可想象的。因此考虑对精确算法进行简化，比如只考虑较低阶的的地球引力模型，或者只考虑地球引力模型、太阳引力模型、月亮引力模型、太阳光压模型、大气阻力模型、地球发射压模型和潮汐摄动模型等中的少数几种模型的算法，以下简称简化算法。从模型占用存储空间的角度来看，简化算法对计算模型的简化大大减少了内存占用的开销，同时计算复杂度也大大降低，但是随之而来的是计算结果的精度损失，直接应用简化算法无法满足工程实践的精度要求。

为了更好的理解轨道预报算法计算复杂度和计算精度无法两全的尴尬局面，下面先给出一组精确算法和简化算法的运行结果。

采用相同的初始卫星轨道参数，从2016年2月2日8时0分0秒开始，分别使用精确算法和简化算法对未来10800秒内的卫星轨道数据进行预报，每个算法分别运行100次求得运行时间的平均值如表格1所示，简化算法预报结果与精确算法预报结果的绝对误差随着时间变化曲线如图1所示。

表1精确算法与简化算法运行时间对比