[发明专利]航天器轨道动力异常补偿方法

说明书

本发明涉及航天器定轨分析领域，尤其涉及航天器轨道动力异常补偿方法，包括：对航天器的各动力异常类型进行分析，确定各动力异常的特征模型；针对各动力异常的特征模型，构造相应的异常特征统计量；对各异常特征统计量采用不同的变化检测方法进行特征检测与提取，得到对应的特征提取结果；根据各特征提取结果，对航天器的动力异常进行模型误差补偿。本发明能够快速诊断出航天器轨道动力异常特征点，并且能够对航天器动力异常进行有效补偿。

技术领域

本发明涉及航天器定轨分析领域，尤其涉及航天器轨道动力异常补偿方法。

背景技术

航天器轨道确定是在航天器动力学方程的约束下，从包含有航天器位置或速度信息的一系列观测数据中，获得航天器运行轨道的过程。从统计学原理上讲，轨道确定的过程实际上是参数估计过程。其中涉及到三个关键因素，一是能精确描述空间目标运动状态的动力学模型，即能准确表征空间目标在实际力作用下的运动现实；二是精确建模的观测模型，包括几何模型和误差(系统误差和随机误差)模型，即能表征测轨数据的真实几何测量并能描述测轨数据的可信程度；三是最优参数估计方法，即在某种应用需求的准则下使得估计轨道在状态模型和观测模型间达到最佳拟合。

为了尽可能高的获得轨道确定精度，国内外许多学者针对上述三点进行了大量的深入研究。为了提高卫星动力学模型的可靠程度，一方面模型构建越来越精细，并采用数学方式补偿不能建模的动力学模型误差，另一方面采用硬件技术直接测量未知摄动力，或者采用特殊构造卫星屏蔽某些难以建模的摄动力；为了提高卫星的测量精度，一些更先进的设备得到广泛的应用，如GPS的载波相位测量、激光测量等，不仅如此，测控系统由局部地基测量逐渐扩展为全球测控、天基测控等全天时无缝覆盖测控方式；在参数估计方面，针对具体应用背景的最优轨道确定方法得到了深入的研究。

当航天器存在动力异常时，轨道动力学模型会存在一个外在的持续或间断的力，传统的定轨结果会偏离实际轨道，不进行动力异常诊断的动力学模型补偿也很难获得准确的补偿结果和分段数据。因此，如何判断是否存在动力异常，如何诊断动力异常的特征点，如何在动力异常模式下进行轨道确定，是现在急需解决的问题。

轨道动力异常是指航天器除外部作用力以外，存在持续或间断的突发主动作用力，从而使得航天器作用力偏离原先的轨道动力学模型的过程。事实上，外界因素的突发非主动力也属于动力异常的范畴，比如太空环境的急剧变化，造成太阳帆板剧烈变动从而影响卫星平台的质心等。常见的动力异常情形是当航天器进行喷气调整或动量轮卸载时会产生时变力矩，从而改变航天器的加速度，在模型构造上属于模型误差，如果不进行动力异常值识别，直接进行轨道确定，模型误差将传播到估计轨道中，造成轨道偏差。

例如在载人飞船返回段，需要卸压或进行动量轮卸载，导致轨道姿态和压力均有所变化。虽然卫星是由几个方向的喷气管导致的力偶进行控制，但对其质心运动也会造成影响。由此会导致卫星动力和轨道的变化，卫星动力变化将直接反映在轨道上，当忽略这一特点时，不仅会造成轨道误差还会影响飞船的控制，因此，需要快速准确识别这一特征点。

对于同步卫星而言，需要经常进行定点维持，常规的做法是进行喷气推力调整，从而会改变卫星的动力特性，影响卫星定轨精度，尤其对于导航系统的同步轨道卫星，轨道确定精度直接影响系统的定位导航精度，因此必须快速识别动力异常特征点，并采用合适的方法重新进行轨道确定。

虽然对于合作目标可以获得较准确的主动外力矢量，但对于非主动外力如局部大气环境变化，太空垃圾撞击等仍无能为力。对于非合作目标的轨道确定，轨道动力异常所带来的定轨误差更加明显，严重影响空间目标监视系统的编目精度。

因此，现阶段迫切需要研究快速诊断航天器轨道动力异常特征点的方法，迫切需要研究针对航天器动力异常的轨道确定算法，从而可以保证有轨道异常时合作目标的高精度定轨结果，为轨道控制和航天应用提供保障。对于非合作目标，可以更加精确的获得其运行轨迹，分析动力特征点的分布特征、动力特性等关键信息，从而提高我方的空间态势感知能力。在科研领域和工程实践，尤其在军事应用中有重要的实际应用价值。

发明内容