[发明专利]一种空间飞行器全方位绕飞轨迹规划方法

说明书

本发明公开了一种空间飞行器全方位绕飞轨迹规划方法，包括以下步骤：S1、规划绕飞平面，为使绕飞轨迹覆盖目标周围全部空域，进行绕飞轨迹设计时，绕飞平面不能局限在轨道平面内，期望为任意空间平面；S2、通过规划的绕飞平面建立XYZ轨道坐标系，坐标原点为O；S3、通过XYZ轨道坐标系定义绕飞平面倾角与绕飞升交点角；S4、规划绕飞平面内轨迹，绕飞平面内轨迹规划包括轨迹形状、大小、绕飞速度、绕飞初始位置；S5、根据规划绕飞平面内轨迹设计绕飞椭圆及速度参数、绕飞椭圆拱线方向及绕飞椭圆中心点。根据本发明，实现了空间飞行器对目标任意方位的绕飞需求，为对空间目标的观察、维护、服务提供了条件。

技术领域

本发明涉及空间在轨维护与服务控制的技术领域，特别涉及一种空间飞行器全方位绕飞轨迹规划方法。

背景技术

随着航天技术的不断发展，各国对空间的探索、开发与利用水平逐渐提高，这给各国的经济、科技、军事等方面都带来了显著的综合效益。由于空间环境的不可预知性，在获得巨大效益的同时，各国也承担着难以预测的风险。所以，考虑降低航天活动的经济成本的同时，也开始关注到如何降低航天活动的风险，由此，在轨服务技术便应运而生，并逐渐发展起来。在轨服务的内容由最初的故障部件维修向在轨加注、在轨监测与检测、功能模块更换、系统升级、在轨组装、功能扩展、卫星营救等多种服务项目发展。利用在轨服务技术，可降低航天活动的成本，创造巨大的经济效益。对合作目标全方位详查是进行形态识别，故障检测等任务的基本前提条件，全方位详查要求的控制任务主要体现为全方位绕飞技术，即采用主动绕飞方式对目标进行全方位的观察。

空间绕飞运动是指一个航天器周期性近距离环绕另外一个航天器的相对运动，是临近空间作业任务中的一个组成部分，目前基于轨道动力学特性的自然绕飞技术已经日趋成熟，自然绕飞主要有如下特点：

绕飞周期长：自然绕飞周期为一个轨道周期，对于高轨来说就是一天，这显然有些长，不能满足快速侦查的需要。

绕飞轨迹固定：自然绕飞方式绕飞轨迹限定在轨道平面内，不能满足全方位的需求，并且平面内轨迹也只能为2：1的椭圆，不利于光学成像处理。

随着当今太空活动对精确性和快速性的指标要求不断提高，人们对近距离绕飞任务也提出了更高的需求，比如针对目标的全方位详查及形态识别等任务，自然绕飞方式显然已经不能满足要求，需要研究新的全方位绕飞轨迹方法。

发明内容

针对现有技术中存在的不足之处，本发明的目的是提供一种空间飞行器全方位绕飞轨迹规划方法，实现了空间飞行器对目标任意方位的绕飞需求，为对空间目标的观察、维护、服务提供了条件。为了实现根据本发明的上述目的和其他优点，提供了一种空间飞行器全方位绕飞轨迹规划方法，包括以下步骤：

S1、规划绕飞平面，为使绕飞轨迹覆盖目标周围全部空域，进行绕飞轨迹设计时，绕飞平面不能局限在轨道平面内，期望为任意空间平面；

S2、通过规划的绕飞平面建立XYZ轨道坐标系，坐标原点为O；

S3、通过XYZ轨道坐标系定义绕飞平面倾角与绕飞升交点角；

S4、规划绕飞平面内轨迹，绕飞平面内轨迹规划包括轨迹形状、大小、绕飞速度、绕飞初始位置；

S5、根据规划绕飞平面内轨迹设计绕飞椭圆及速度参数、绕飞椭圆拱线方向及绕飞椭圆中心点。

优选的，所述步骤S3中的所述绕飞平面倾角为绕飞平面与轨道坐标系XOY的夹角或绕飞法线方向与-Z轴夹角，取值为-90°～90°。

优选的，所述步骤S3的所述绕飞升交点角为绕飞轨迹由+Z方向向-Z方向穿越轨道坐标系XOY面时与OX轴的夹角，角度极性相对于Z轴满足右手定则，取值为0°～360°。

优选的，所述步骤S2的XYZ轨道坐标系定义如下：