[发明专利]空间4N卫星正方形编队设计方法、系统、设备及存储介质

说明书

本发明设计了一种空间4N卫星正方形编队设计方法、系统、设备及存储介质，输入空间4N卫星正方形编队中卫星的数量N、正方形的边长d；确定正方形顶点上的四个卫星对应的绕飞半径和相位角，利用几何关系公式计算出其他卫星的绕飞半径和相位角；利用绕飞圆编队条件和周期匹配条件计算得到所有卫星对应的初始相对位置和速度；利用已经计算出的卫星相对初始位置和速度进一步推导计算出整个4N卫星正方形编队的轨道参数。本方法适用范围较广，可用于设计数量为4N(N≥1)的空间卫星正方形编队，可为实际工程应用中的卫星编队任务的设计提供参考。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，尤其涉及一种空间4N卫星正方形编 队设计方法、系统、设备及存储介质。

背景技术

随着航天技术的发展，卫星编队技术的相关研究正如火如荼的展开，由 于卫星编队相较于传统的大卫星有着其自身的优势，因此可以完成大卫星 所难以完成的任务，满足越来越多样化的航天任务需求。为了研究空间中广 交会对接问题时，针对目标轨道为近圆轨道的情况提出了C-W方程，C-W 方程是一组常系数线性微分方程，该方程不仅仅可应用于交会对接问题，同 样也适用于其他的相对运动情形。

然而值得注意的是目前来讲对于卫星正方形编队的相关研究有一些成 果，但大多集中在四颗卫星均分布在顶点的情况，对于更多卫星的排布情况 分析甚少。

发明内容

为了解决现有卫星编队设计中存在的一些问题，发明人设计了一种空 间4N卫星正方形编队设计方法、系统、设备及存储介质，本方法适用范围 较广，可用于设计数量为4N(N≥1)的空间卫星正方形编队，可为实际工程应 用中的卫星编队任务的设计提供参考。

为实现上述目的，本发明采用以下技术手段：

一种空间4N卫星正方形编队设计方法，包括以下步骤：

获取空间4N卫星正方形编队中卫星的数量N、正方形的边长d；

确定正方形顶点上的四个卫星对应的绕飞半径和相位角，利用几何关 系公式计算出其他卫星的绕飞半径和相位角；进而利用绕飞圆一阶条件和 周期匹配条件计算得到所有卫星对应的初始相对位置和速度；

利用卫星相对初始位置和速度计算并输出整个4N卫星正方形编队的 轨道参数；完成构型初始化部署任务。

作为本发明的进一步改进，确定正方形顶点上的四个卫星对应的绕飞 半径和相位角包括：

确定4N卫星正方形卫星编队构型顶点处的4颗卫星的绕飞半径和相 位角；

根据其余4(N-1)颗卫星与4颗顶点处卫星之间的几何关系，计算除其 余的4(N-1)颗卫星的绕飞半径和相位角。

作为本发明的进一步改进，确定正方形顶点上的四个卫星对应的绕飞 半径和相位角具体为：

确定正方形顶点上的4颗卫星对应的绕飞半径和相位角，具体公式如 下：

其中，d是4N颗卫星所构成的正方形编队的边长，r₁、r_N+1、r_2N+1、r_3N+1是 第1、N+1、2N+1、3N+1颗卫星的绕飞半径，θ₁、θ_N+1、θ_2N+1、θ_3N+1是第1、 N+1、2N+1、3N+1颗卫星的相位角。

根据几何位置关系推导计算出除4颗顶点处卫星以外的其余4(N-1)颗 卫星的绕飞半径以及相位角，

第i颗卫星的绕飞半径r_i和相位角θ_i，具体公式为：