[发明专利]一种针对多个编队卫星周期性重访的轨道设计与控制方法

说明书

一种针对多个编队卫星周期性重访的轨道设计与控制方法，本发明涉及针对多个编队卫星周期性重访的轨道设计与控制方法。本发明的目的是为了解决现有航天器编队飞行任务计算量大，控制准确率低的问题。过程为：一、给定初始时刻主星的轨道元素；二、设计被观测卫星轨道；三、针对轨道控制问题，执行四至七；针对轨道设计问题，执行八至十一；四、待求解变量为Δt、tsubgt;1/subgt;、tsubgt;2/subgt;及Vsubgt;p2/subgt;；五、消去Vsubgt;p2/subgt;；六、建立tsubgt;1/subgt;、tsubgt;2/subgt;与Δt的函数关系；七、搜索Δt实现控制问题求解；八、针对轨道设计问题，待求解变量为tsubgt;1/subgt;、tsubgt;2/subgt;、tsubgt;3/subgt;及Vsubgt;1p/subgt;；九、消去Vsubgt;1p/subgt;；十、建立tsubgt;2/subgt;、tsubgt;3/subgt;与tsubgt;1/subgt;的函数关系；十一、搜索tsubgt;1/subgt;实现轨道设计问题求解。本发明用于轨道设计与控制方法领域。

技术领域

本发明涉及针对多个编队卫星周期性重访的轨道设计与控制方法。

背景技术

近年来，人们对航天领域的需求不断提高，多个航天器的协同飞行被广泛应用于现有的航天任务。在卫星编队飞行任务中，多个卫星组成特定的编队构型，编队中的卫星保持稳定的近距离构型，相互协同工作、相互联系，共同实现通信、侦察和导航等任务；在空间攻防领域，多个攻击器需要以一定的制导策略对多个目标进行拦截，并同时躲避多个防御者；在在轨抓捕领域，为减小撞击带来的振动，需要尽可能降低执行器末端与目标之间的相对速度。此类任务中，航天器之间往往是近距离飞行，其相互运动状态往往比其自身在惯性空间内的运动状态更加受到关注。

在众多航天器相对运动的相关问题中，周期性重访多个编队卫星对于很多航天任务都有着重要的应用价值。在一般情况下，从星相对主星的运动轨迹在空间中是一条非闭合曲线，经过特定从星的轨道可以用于确定空间非合作目标的运动状态、近距离太空碎片清除等任务。在二体引力下，当两条轨道半长轴相同时，两航天器可以实现长期的周期性重访任务。能够对特定航天器实现周期性重访的轨道对编队飞行、在轨服务具有重要意义。为扩大本文提出的理论方法在实际中的应用范围，考虑J₂摄动项对相对轨道的影响是必要的。为实现航天器之间的周期性重访，需要将二体问题中的周期性重访约束改为平均半长轴相同。

传统的轨道控制与设计问题往往以大范围轨道机动、特定天体的监测等空间任务为背景，通常利用惯性空间中的方法进行求解。其方法也已经得到了充分的研究，如Lambert定轨、Gibbs三矢量定轨等。但是由于方便描述相对运动状态的坐标系本身带有平动与转动，所以将相对运动问题转化为绝对运动问题并通过绝对轨道的相关理论得到访问特定航天器的相对运动轨迹的过程中存在许多困难，因此，惯性空间中的轨道设计方法对本文研究的问题并不适用。而对于该问题，目前鲜有有效的求解方法。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有航天器编队飞行任务中将相对运动问题转化为绝对运动问题并通过绝对轨道的相关理论得到访问特定航天器的相对运动轨迹的过程中存在许多困难，导致计算量大，控制准确率低的问题，而提出一种针对多个编队卫星周期性重访的轨道设计与控制方法。

一种针对多个编队卫星周期性重访的轨道设计与控制方法具体过程为：

步骤一、给定初始时刻主星的轨道元素；

具体过程为：

利用非奇异元素E＝(a,θ,i,q₁,q₂,Ω)^T描述任务初始时刻t₀主星的轨道元素；