[发明专利]巨型星座轨道保持迭代学习控制方法

说明书

本发明公开的巨型星座轨道保持迭代学习控制方法，属于卫星星座在轨运行与预警规避领域。本发明实现方法为：在巨型星座分布密集、轨道层间距小以及相对摄动无法精确建模的背景下，根据星座卫星间相对动力学模型，设计相对轨道保持反馈控制律，以抑制非周期摄动对高精度相对轨道保持的影响；针对星座卫星间相对摄动的周期性特点，设计相对轨道保持反馈控制律和不显含初始状态的迭代学习控制律，通过二者协同调整卫星速度、修正轨道参数，消除星座卫星间相对轨道保持偏差，实现星座卫星间相对轨道的精确自主保持，并使控制律的收敛性不受启动时刻的初始状态影响，进而在不影响卫星正常任务的同时，减小碰撞风险，提高巨型星座运行安全性。

技术领域

本发明涉及一种轨道保持方法，尤其涉及巨型星座碰撞规避的轨道保持方法，属于卫星星座在轨运行与预警规避领域。

背景技术

卫星轨道保持控制是解决近地空间拥挤问题、保障卫星目标安全运行的前提。随着星座卫星规模的不断增大，摄动造成的轨道偏离使得碰撞风险和频率显著提高。为保证运行安全性，需要进行轨道保持控制，消除卫星轨道的偏差。而频繁的轨道机动可能造成碰撞和燃料浪费，影响卫星正常运行和在轨服务。这些因素导致传统的轨道保持策略在巨型卫星星座中难以广泛应用。

星座轨道保持过程中，摄动因素复杂，难以精确建模，采用传统的反馈控制进行轨道保持的精度较低，自主性差，燃耗较大，严重影响卫星寿命与运行安全性。

发明内容

本发明主要目的是提供一种巨型星座轨道保持迭代学习控制方法，在巨型星座分布密集、卫星轨道层间距小的背景下，针对星座卫星间相对摄动的周期性特点，设计不显含初始状态的迭代学习控制(Iterative Learning Control,ILC)控制律，以抑制周期摄动对高精度相对轨道保持的影响，并使ILC控制律的收敛性不受启动时刻的初始状态影响。本发明通过设计ILC反馈控制律，能够在精确模型未知的星座卫星间相对摄动影响下，实现星座卫星间相对轨道的精确自主保持，进而在不影响卫星正常任务的同时，减小碰撞风险，提高巨型星座运行安全性。

本发明目的是通过下述技术方案实现的。

本发明公开的巨型星座轨道保持迭代学习控制方法，在巨型星座分布密集、卫星轨道层间距小的背景下，构建星座卫星间相对动力学模型，得到由星座卫星间相对摄动产生的相对轨道保持偏差。根据星座卫星间相对动力学模型，设计相对轨道保持反馈控制律，以抑制非周期摄动对高精度相对轨道保持的影响。在此基础上，针对星座卫星间相对摄动的周期性特点，设计不显含初始状态的ILC控制律，以抑制周期摄动对高精度相对轨道保持的影响，并使ILC控制律的收敛性不受启动时刻的初始状态影响。设计ILC反馈控制律为反馈控制律与ILC控制律两部分的合成，二者协同调整卫星速度、修正轨道参数，消除星座卫星间相对轨道保持偏差，在精确模型未知的星座卫星间相对摄动影响下，实现星座卫星间相对轨道的精确自主保持；进而在不影响卫星正常任务的同时，减小碰撞风险，提高巨型星座运行安全性。

本发明公开的巨型星座轨道保持迭代学习控制方法，包括如下步骤：

步骤1、在巨型星座分布密集、卫星轨道层间距小的背景下，构建星座卫星间相对动力学模型；根据星座卫星间相对动力学模型得到由星座卫星间相对摄动产生的相对轨道保持偏差，即得到相对轨道保持偏差表达式。所述星座卫星间相对摄动具有周期性特点。

首先定义RSW轨道坐标系，原点O位于目标航天器或卫星的质心，Ox轴指向目标矢径方向，Oy轴在轨道平面内与Ox轴垂直，指向目标速度方向，Oz与轨道平面垂直，与Ox、Oy轴构成右手坐标系。所述Ox轴即R轴，Oy轴即S轴，Oz轴即W轴。

威胁星在目标星RSW系中的相对位置为(x,y,z)^T，则有

式(1)中，下标t与d分别表示目标星和威胁星，ρ为两星相对位置矢量，a为卫星轨道加速度，r为卫星矢径，ω为卫星轨道角速度，f为目标星真近点角。