[发明专利]一种基于神经网络的卫星东西位保协态初值估计方法

权利要求书

1.一种基于神经网络的卫星东西位保协态初值估计方法，其特征在于：包括以下步骤；

步骤一：通过Gauss摄动方程建立GEO卫星受控制力作用下的轨道运动模型；

步骤二：通过地球、太阳、卫星三者的几何关系，建立电推力GEO卫星轨道运动的地影约束模型；

步骤三：基于步骤一中建立的轨道运动模型和步骤二中建立的地影约束模型，建立考虑地影约束的时间最优和燃料最优位置保持问题，求解时间最优问题获得最短转移时间，在此基础上扩大一定倍数给出燃料最优问题转移时间，并求解燃料最优问题获得GEO卫星东西位置保持燃料最优控制率；

步骤四：按照步骤三重复求解GEO卫星东西位置保持燃料最优问题，并通过遍历最短转移时间扩大倍数获得多个燃料最优转移时间，收集燃料消耗最小的转移时间，并结合燃料最优问题初值与协态初值构建训练集，以使得后续步骤五建立的三相DNN能够提供燃料消耗尽可能小的燃料最优转移时间；

步骤五：针对在求解GEO卫星东西位置保持燃料最优问题过程中，存在燃料最优问题的转移时间难以获得、地影判断困难、协态初值优化困难三个问题，通过设计转移时间预测模块结构并训练转移时间预测子网络，解决燃料最优问题的转移时间难以获得的问题；通过设计地影预测模块并训练地影预测子网络解决地影判断困难的问题，设计协态初值预测模块结构并训练两个协态初值预测子网络解决协态初值优化困难的问题；在此基础上，构建三相DNN，用以获得燃料最优消耗较少的转移时间与考虑地影约束的协态初值估计，使得最优问题打靶法能够快速收敛，提高东西位保问题在轨求解效率，解决协态初值敏感问题，实现卫星在轨东西位保协态初值实时估计，进而减小地面站压力并增强卫星自主性。

2.如权利要求1所述的一种基于神经网络的卫星东西位保协态初值估计方法，其特征在于：步骤一实现方法为，

步骤1.1：建立无奇点轨道根数和经典轨道根数的对应关系；

由于经典轨道根数{a,e,i,w,W,M}在描述倾角接近零、偏心率接近零的GEO轨道时会出现奇异，故建立无奇点的轨道要素{a,l,e_x,e_y,i_x,i_y}用来描述GEO轨道；无奇点轨道根数和经典轨道根数的对应关系为：

上式中a为半长轴，e为偏心率，i为轨道倾角，ω为近地点幅角，Ω为升交点赤经，M为真近点角，θ_G为格林尼治恒星时角，l为平经度，是卫星在地球固连坐标系下的经度，用来判断卫星是否在定点窗口内；

步骤1.2：建立无奇点轨道根数的Gauss摄动方程；

Gauss方程能够将外力对轨道根数的作用很好地体现出来，被用来描述静止轨道卫星在电推力发动机作用下的轨道运动；将二阶小量略去后的轨道运动模型如下所示：

其中u是电推力发动机的推力幅值比，取值在0-1之间，代表当前推力占推力幅值的百分比；T为发动机推力幅值；m是卫星的总质量；V是GEO卫星的速度；d_R，d_T，d_N是推力在卫星质心轨道坐标系下沿着径向，切向和法向的推力分量与T的比值；λ是GEO卫星在地心惯性坐标系下的经度，λ＝ω+Ω+M。

3.如权利要求2所述的一种基于神经网络的卫星东西位保协态初值估计方法，其特征在于：步骤二实现方法为，

地影是指卫星运行时，太阳光被地球遮挡住，以至于太阳能帆板无法接收到太阳光照射的现象；精准的地影模型认为太阳光为非平行光，导致地影区分为本影区和半影区，二者都呈圆锥形；在本影区中，卫星完全接收不到太阳光，电推力发动机无法开机，虽然在半影区中卫星仍可接收到部分太阳光，但由于功率较低，判定电推力发动机仍不能开机；定义日心夹角为卫星到日心连线与地心到日心连线之间的夹角；存在两个特殊的日心夹角分别为卫星在半影区的圆锥母线上与卫星在本影区的圆锥母线上时的日心夹角；二者的计算公式为：

其中，a_e为地球半径；R_s为太阳半径；A为日地距离；根据几何关系，当时，卫星处于光照区，发动机能够正常工作；当时，卫星处于半影区；当时，卫星处于本影区；综上所述，当卫星轨道运动过程中的日心夹角时，卫星便受到地影约束无法开机。