[发明专利]一种卫星集群初始轨道设计方法及装置

权利要求书

1.一种卫星集群初始轨道设计方法，其特征在于，包含如下步骤：

S1、首先获取变量预设值，包括卫星之间的最小安全距离d_safe、最大距离d_max、从星数量N；

S2、遗传算法的参数初始化：根据(aδe_k)_ij∈[d_safe，d_max/2]，(aδi_k)_ij∈[d_safe，d_max]分别随机生成一组δe_k与δi_k的值；同时设定α_k的取值且α_k为固定值，并设定相对偏心率矢量的角度量或者3π/2；其中，下标为k代表从星相对主星的矢量参数，a表示主星的长半轴的长度，下标ij表示的是任意卫星i与卫星j，δe_k表示相对偏心率，δe_k表对轨道倾角；

S3、求解初始优化值：在考虑最小安全距离约束和目标函数前提下，采用遗传算法来求解一组δe_k与δi_k的最优值；遗传算法的数学模型如下：

目标函数为：

约束条件为：

其中，表示任意两个卫星i、j之间的最小距离，表示相对轨道倾角矢量的角度量；

S4、判断步骤S3求解所得的δe_k与δi_k是否满足最大距离约束条件如果满足则该组优化解满足集群轨道设计要求，结束参数求解过程转到S6；若不满足则转到步骤S5继续进行参数优化求解；其中，表示任意两个卫星i、j之间的最大距离；

S5、将利用遗传算法求得的优化解δe_k及δi_k作为MATLAB非线性约束优化函数fmincon的初始值，继续对以上优化模型进行非线性求解，转到步骤S6；

S6、利用步骤S4或S5所得的参数δe_k及δi_k，带入从星轨道根数求解过程中，求解对应的从星轨道六根数，结束。

2.根据权利要求1所述的卫星集群初始轨道设计方法，其特征在于，步骤S6具体包括从星在主星坐标系中的最终的相对偏心率δe_k、倾角矢量δi_k的值后计算得到相应的从星轨道参数，以下是从星轨道参数依据主星轨道参数的求解过程：

(1)为形成稳定的编队绕飞，应使从星的长半轴a₂与主星的长半轴a₁相等，即a₂＝a₁；

(2)从星相对主星的偏心率根据公式求得；e₁表示主星的偏心率，ω₁表示主星的近地点幅角；

(3)从星相对主星的轨道倾角根据公式求得；i₁表示主星的轨道倾角；

(4)从星相对主星的升交点赤经根据公式求得；Ω₁表示主星的升交点赤经；

(5)从星相对主星的近地点幅角根据公式ω₂＝acos((δe_kcosθ_k+e₁cosω₁)/e₂)求得；a＝a₁；

(6)从星相对主星的平近点角根据公式求得；其中，M₁表示主星的平近点角。

3.根据权利要求1所述的卫星集群初始轨道设计方法，其特征在于，根据下述公式计算得出：

根据下述公式计算得出：

4.根据权利要求1所述的卫星集群初始轨道设计方法，其特征在于，步骤S2中α_k＝0。

5.一种卫星集群初始轨道设计装置，其特征在于，具备计算机存储介质，用于存储计算机可行性指令，所述计算机可行性指令用于实现如权利要求1-4任一项所述的卫星集群初始轨道设计方法。