[发明专利]一种基于单脉冲轨控的高精度引力场中回归轨道维持方法

说明书

本发明公开了一种基于单脉冲轨控的高精度引力场中回归轨道维持方法，包括：构建高阶Poincaré映射和求解回归轨道初值的多目标优化函数，求解得到第一个回归轨道初值；对第一个回归轨道初值进行轨道积分，得到轨道状态量；根据轨道状态量，对高阶Poincaré映射进行重构，求解得到下一个回归轨道初值；根据轨道状态量与下一个回归轨道初值的速度差值，确定轨道控制所需要的单脉冲速度增量，实现对高精度引力场中回归轨道的维持。本发明在轨道设计作为标称值的基础上，通过在赤道升交点处施加速度脉冲使相邻回归周期内的轨道速度状态相连，从而实现高精度轨道控制，可使卫星实际星下点轨迹偏离标称位置距离在用户设定的阈值范围内。

技术领域

本发明属于卫星任务分析和轨道设计技术领域，尤其涉及一种基于单脉冲轨控的高精度引力场中回归轨道维持方法。

背景技术

回归轨道作为近地轨道的一类特殊任务应用轨道，由于其在一定时间间隔出现星下点轨迹完全重复的特性，因此该轨道在对地遥感、侦察勘测等任务中具有广泛的应用。

轨道控制技术是卫星任务分析和轨道设计技术领域的一个重要组成部分。由于空间环境中存在着摄动作用，特别是大气阻力等非保守力将引起星下点轨迹的漂移。若缺少必要的轨道维持控制，长期运行的回归轨道在实际空间环境中将会失去回归特性。对于任何采用回归轨道的空间任务，要面临一个主要问题是当航天器偏离参考轨道一定范围时，需要施加周期性控制以恢复至回归轨道条件，否则任由偏差增大将导致任务失败。

针对该问题，一些学者在轨道设计的基础上，面向具体的轨控目标提出了一些方法。考虑到星上设备体制和地面站处理能力，Aorpimai和Palmer所提出的多脉冲自主控制策略可将航天器由初始条件配置到回归轨道条件。基于半解析方法，Sengupta等研究了J₂摄动和大气阻力作用下对地覆盖小偏心率回归轨道的控制问题。针对回归轨道对地连续覆盖维持问题，Fu等基于纬度幅角分析了整个星下点轨迹漂移量，并提出了一种维持轨迹漂移不超过给定阈值的控制策略。

国内外针对回归轨道控制方法的研究多是在针对低阶引力场中轨道设计的基础上，考虑单边极限环控制方法来抵消大气阻力对星下点轨迹漂移的影响。为保证卫星的长期稳定在轨运行，需要以高精度引力场中轨道设计值作为标称轨道，设计一种满足在高精度引力场中进行回归轨道控制的方法，使得卫星星下点轨迹偏离标称位置距离满足用户给定的阈值范围。

发明内容

本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于单脉冲轨控的高精度引力场中回归轨道维持方法，在轨道设计作为标称值的基础上，通过在赤道升交点处施加速度脉冲使相邻回归周期内的轨道速度状态相连，从而实现高精度轨道控制，可使卫星实际星下点轨迹偏离标称位置的偏差在用户设定的阈值范围内。

为了解决上述技术问题，本发明公开了一种基于单脉冲轨控的高精度引力场中回归轨道维持方法，包括：

构建卫星从初始状态经过一个回归周期后的轨道状态变化的高阶Poincaré映射；

构建求解回归轨道初值的多目标优化函数；

根据高阶Poincaré映射和多目标优化函数，求解得到第一个回归轨道初值；

对第一个回归轨道初值进行轨道积分，得到轨道状态量；

根据轨道状态量，对高阶Poincaré映射进行重构，得到重构高阶Poincaré映射；

构建控制目标优化函数；

根据重构高阶Poincaré映射和控制目标优化函数，求解得到下一个回归轨道初值；

根据轨道状态量与下一个回归轨道初值的速度差值，确定轨道控制所需要的单脉冲速度增量；

根据确定的轨道控制所需要的单脉冲速度增量，实现对高精度引力场中回归轨道的维持。