[发明专利]一种有卫星失效后的混合编队卫星星座失效重构方法

说明书

本发明公开的一种有卫星失效后的混合编队卫星星座失效重构方法，属于航空航天技术领域。本发明从星座构型几何特征的角度出发，结合Walker‑δ星座构型特点，分析失效前Walker‑δ星座内混合卫星编队的根卫星，通过父子星约束与子星间约束连接编队节点，以根卫星为根、以父子星约束为边、以子星间约束为连接建立编队构型约束树，将复杂的多星多约束星座重构问题转化为简单的约束树分层遍历问题；卫星失效时在给定任务性能指标与相位调整机动方式下能够实现的混合编队星座的重构，且对于卫星总数不大的卫星星座情况下能够实现在轨自主重构。本发明具有扩展性，对于不同组成、不同编队约束的混合编队星座均能够解决失效重构问题。本发明具有重构效率高的优点。

技术领域

本发明涉及一种混合编队卫星星座的卫星失效重构方法，尤其适用于解决不同种类卫星编队组成的卫星星座在有卫星失效时的星座重构方法，属于航空航天技术领域。

背景技术

卫星星座是由轨道上具有一定时间空间关系的多颗卫星所组成的卫星系统，在卫星通信、卫星导航、地球观测等领域都具有很高的应用价值。卫星星座在轨部署完成之后，可能会因为空间碎片撞击、系统设备故障等原因使星座中的卫星失去作用，导致卫星星座的整体性能出现缺口。为了充分利用星座中正常运行卫星的价值，提高有卫星失效后整个星座的运行性能，需要对星座进行重构。然而，卫星数量的提高，为卫星星座的构型保持与重构带来了巨大的工作量。为解决卫星星座在轨运行维护问题，亟需高效、快速的构型保持与重构方法。

在已发展的卫星星座重构方法中，在先技术[1](项军华.卫星星座构型控制与设计研究[D].国防科学技术大学,2007.)，考虑轨道面内存在一颗失效卫星的情况，基于总的推进剂消耗量、总的重构时间、性能修复强度，考虑星座构型轨道面之间重构控制所需推进剂与时间约束，提出了相邻卫星重构策略和均匀相位重构策略。该方法的优点是能够考虑一定约束快速计算出星座重构策略，缺点是仅考虑一颗卫星失效的情况，无法解决混合编队星座重构问题。

在先技术[2](张雅声,张育林.性能修复型星座快速重构方法研究[J].装备指挥技术学院学报,2005,16(4):66-72.)，针对连续多颗卫星失效问题，以最大不可见时间为性能参数，提出了相邻卫星、均匀相位、均匀星座3种星座重构策略；并综合燃料消耗与重构时间，提出了总重构时间最小化的星座快速重构构型优化设计方法。该方法的优点是可以解决连续多星失效问题，同时提出了星座整体的优化设计方法，缺点是难以充分考虑任务约束，无法解决混合编队星座重构问题。

在先技术[3](Ferringer M,Spencer D,Clifton R,et al.Pareto-hypervolumesfor the Reconfiguration of Satellite Constellations[C]//AIAA/AASAstrodynamics Specialist Conference and Exhibit.2008:6611.)，提出多种重构指标作为重构方案的评价标准，根据机动能量消耗确定机动模型，使用基于Pareto非劣思想与非支配排序的NSGA-II算法构建重构优化模型对重构方案进行优化求解。该方法的优点是能够对卫星星座进行较为整体的优化，最终得到的重构指标较为优秀，能够处理混合编队星座重构问题，缺点是模型构建复杂，遗传算法需要迭代计算，使得该方法在实际操作中具有较大的计算压力。

发明内容

本发明公开的一种有卫星失效后的混合编队卫星星座失效重构方法要解决的技术问题是：从星座构型几何特征的角度出发，结合Walker-δ星座构型特点，卫星失效时在给定任务性能指标与相位调整机动方式下能够实现的混合编队星座的重构，且对于卫星总数不大的卫星星座情况下能够实现在轨自主重构。本发明不仅能够解决单星失效问题下的星座重构问题，还能够解决有复数颗卫星失效时的星座重构问题，同时，本发明具有扩展性，对于不同组成、不同编队约束的混合编队星座均能够解决失效重构问题。本发明具有重构效率高的优点。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：