[发明专利]高轨目标的单次抵近三脉冲控制方法及系统

说明书

本发明提供了一种高轨目标的单次抵近三脉冲控制方法及系统，包括：根据抵近任务的最小距离、速度及时间，采用CW方程描述两星相对运动，构建终端相对轨道；根据两星轨道根数，计算Hill坐标系下追踪星的初始相对轨道；在Hill坐标系下，根据初始相对轨道和终端相对轨道，采用解析的方法优化计算三脉冲参数；根据解析计算结果，采用轨道动力学模型，依据数值方法进行再优化，最终获取最优解。本发明中的方法实现了轨道精度、计算量及设计效率之间的权衡，通过采用简化的轨道模型，可快速有效地三脉冲初步，然后以该解作为高精度多体模型的初值猜测，可有效地减少迭代次数、降低计算量，并确保数值迭代的鲁棒性。

技术领域

本发明涉及航天器轨道设计与优化领域，具体地，涉及一种高轨目标的单次抵近三脉冲控制方法及系统。

背景技术

航天器在轨操作任务中，单次抵近是相对运动控制的重要组成。在抵近过程中，需要施加若干次脉冲，形成近距离飞掠目标的效果，实现对目标故障情况进行成像。由于飞掠距离短，且任务较为频繁，因此要求在单次抵近过程控制精度高，且要求燃料消耗小，为多次执行任务创造条件，为此研究燃料最优的多脉冲抵近具有较大的意义。

目前，人们对航天器相对运动设计进行了一些研究，经检索，与轨道控制相关的主要有：

在公告号为CN104249816B的中国专利文献中，公开了一种非合作目标绕飞悬停的姿轨协同控制方法，针对先绕飞再悬停的相对运动过程，采用实时闭环LQG轨道控制律，对绕飞阶段追踪星相对于目标星的实际轨道运动和所设计的通用绕飞轨迹的偏差量，以及悬停阶段追踪星相对于悬停目标点的相对位置和相对速度进行控制，其控制精度高，燃料消耗少。该专利关注的绕飞过程中的姿态协同设计方法，与本专利的抵近控制存在很大的差异，其相关设计方法无法借用。

在公告号为CN104309822B的中国专利文献中，公开了一种基于参数优化的航天器单脉冲水滴形绕飞轨迹悬停控制方法，解决了现有的定点悬停方法要求控制量是连续的，现有的单脉冲水滴形绕飞方法来实现悬停，没有考虑由于悬停时间较长，悬停在目标航天器轨道平面的追踪航天器的燃料消耗的问题。该专利关注的绕飞过程中的悬停控制，与本专利的抵近控制存在很大的差异，其相关设计方法无法借用。

在公告号为CN106628257B的中国专利文献中，公开了一种地球摄动引力场中近地航天器相对运动轨道的保持方法，通过对地球扁率摄动影响下近地轨道卫星的相对运动进行建模，并且提出一种基于时间离散法的周期解估计方案，能够简单有效地对周期性相对运动的初始条件进行较为精确的估计，以及定量地研究近地飞行器的相对运动在受地心引力摄动的作用下动力学特性的变化。该专利关注的绕飞过程中的保持控制，与本专利的抵近控制存在很大的差异，其相关设计方法无法借用。

在公开号为CN110954104A的中国专利文献中，公开了一种航天器抵近操作路径规划方法，包括：确定路径规划中的障碍类型；对航天器抵近路径规划问题进行算法描述和约束分析，生成采样状态空间；对采样状态空间进行椭圆化处理；对椭圆化处理后的采样状态空间进行安全性分析；对经过安全性分析后的采样状态空间应用基于采样的路径规划算法，得到离散采样状态序列；对离散采样状态序列进行连续化处理，得到航天器抵近操作的路径。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种高轨目标的单次抵近三脉冲控制方法及系统。

根据本发明提供的一种高轨目标的单次抵近三脉冲控制方法，包括以下步骤：

步骤S1：根据抵近任务的最小距离、速度及时间，采用CW方程描述两星相对运动，构建终端相对轨道；

步骤S2：根据两星轨道根数，计算Hill坐标系下追踪星的初始相对轨道；

步骤S3：在Hill坐标系下，根据初始相对轨道和终端相对轨道，采用解析的方法优化计算三脉冲参数；