[发明专利]一种实现分布式编队飞行的卫星自主轨道控制系统

摘要

本发明公开了一种实现分布式编队飞行的卫星自主控制系统，该自主控制系统由六个通道组成。该系统内嵌在卫星控制器中，在现有卫星的管控系统下，能够提前产生轨控指令，为发动机催化床加热、姿态机动、地面校验等提供准备时间。该系统通过将通道控制指令集存储于卫星控制器的RAM中，其中被循环调用的通道控制指令集保存于动态数据流中，这就避免了对数据库和数据查询等星上资源的占用。本发明系统内嵌在每个卫星控制器中以相对独立的子程序形式被加以调用，即管控系统在每个时刻轮询自主轨控进程。本发明系统可作为现有星上管控系统的补充，而无需针对原有星上管控软件系统重新设计。本发明系统能够实现卫星的编队构型捕获、构型重构、构型维持等任务以及参与编队中故障卫星撤离功能。

主权项

1.一种实现分布式编队飞行的卫星自主轨道控制系统，该卫星自主轨道控制系统内嵌在星载计算机或者姿轨控计算机内，其特征在于：所述的卫星自主轨道控制系统包括有第一通道TD₁、第二通道TD₂、第三通道TD₃、第四通道TD₄、第五通道TD₅、第六通道TD₆、通道更新模块和通道排序模块；第一通道TD₁：是指将从星F与主星M的相对半长轴Δa更改为正值的通道；步骤101：依据当前时刻T_当前的从星F与主星M之间的相对距离ΔD_当前计算估计时刻T_估计的从星F与主星M之间的相对距离ΔD_估计；步骤102：依据当前时刻T_当前的主星M纬度幅角计算估计时刻T_估计的主星M纬度幅角步骤103：依据当前时刻T_当前的相对半长轴Δa_当前计算估计时刻T_估计的相对半长轴Δa_估计；步骤104：将ΔD_估计与最小设定距离D_min作比，所述D_min是指从星F与主星M之间的最小设定距离；若ΔD_估计＞D_min，则第一通道不更新执行时刻和速度脉冲量若ΔD_估计≤D_min，则：A）根据计算出主星M到达指定纬度幅角时所需要的到达时间然后加上轨道预报时间T_预报，加上当前时刻T_当前，即得到第一通道执行时刻B）根据Δa_估计计算第一通道的速度脉冲量为第二通道TD₂：是指将从星F与主星M的相对半长轴Δa更改为负值的通道；步骤201：依据当前时刻T_当前的从星F与主星M之间的相对距离ΔD_当前计算估计时刻T_估计的从星F与主星M之间的相对距离ΔD_估计；步骤202：依据当前时刻T_当前的主星M纬度幅角计算估计时刻T_估计的主星M纬度幅角步骤203：依据当前时刻T_当前的相对半长轴Δa_当前计算估计时刻T_估计的相对半长轴Δa_估计；步骤204：将ΔD_估计与最大设定距离D_max作比，所述D_max是指从星F与主星M之间的最大设定距离；若ΔD_估计＜D_max，则第二通道不更新执行时刻和速度脉冲量若ΔD_估计≥D_max，则：A）根据计算出主星M到达指定纬度幅角时所需要的到达时间然后加上轨道预报时间T_预报，加上当前时刻T_当前，即得到第二通道执行时刻B）根据Δa_估计计算第二通道的速度脉冲量为第三通道TD₃：是指第一次更改从星F与主星M的相对偏心率矢量[Δe_x,Δe_y]的通道；步骤301：依据当前时刻T_当前的从星F与主星M之间的相对偏心率矢量计算估计时刻T_估计的从星F与主星M之间的相对偏心率矢量然后计算估计相对偏心率角度β_估计；步骤302：依据当前时刻T_当前的主星M纬度幅角计算估计时刻T_估计的主星纬度幅角步骤303：将估计相对偏心率角度β_估计与设定的相对偏心率角度作比，若β_估计＞β_目标，则第三通道不更新执行时刻和速度脉冲量若β_估计≤β_目标，则：A）根据计算出主星M到达指定纬度幅角时所需要的到达时间然后加上轨道预报时间T_预报，加上当前时刻T_当前，即得到第三通道执行时刻B）计算第三通道的速度脉冲量为第四通道TD₄：是指第二次更改从星F与主星M的相对偏心率矢量[Δe_x,Δe_y]的通道；步骤401：依据当前时刻T_当前的从星F与主星M之间的相对偏心率矢量计算估计时刻T_估计的从星F与主星M之间的相对偏心率矢量然后计算估计相对偏心率角度β_估计；步骤402：依据当前时刻T_当前的主星M纬度幅角计算估计时刻T_估计的主星纬度幅角步骤403：将估计相对偏心率角度β_估计与设定的相对偏心率角度作比，若β_估计＞β_目标，则第四通道不更新执行时刻和速度脉冲量若β_估计≤β_目标，则：A）根据计算出主星M到达指定纬度幅角时所需要的到达时间然后加上轨道预报时间T_预报，加上当前时刻T_当前，即得到第三通道执行时刻B）计算第四通道的速度脉冲量为第五通道TD₅：是指将从星F与主星M的相对倾角Δi更改为正值的通道；步骤501：依据当前时刻T_当前的从星F与主星M之间的相对升交点赤经ΔΩ_当前计算估计时刻T_估计的从星F与主星M之间的相对升交点赤经ΔΩ_估计；步骤502：依据当前时刻T_当前的主星M纬度幅角计算估计时刻T_估计的主星M纬度幅角步骤503：依据当前时刻T_当前的相对倾角Δi_当前计算估计时刻T_估计的相对倾角Δi_估计；步骤504：将ΔΩ_估计与设定的最小升交点赤经ΔΩ_min作比，若ΔΩ_估计＞ΔΩ_min，则第五通道不更新执行时刻和速度脉冲量若ΔΩ_估计≤ΔΩ_min，则：A）根据计算出主星M到达指定纬度幅角时所需要的到达时间然后加上轨道预报时间T_预报，加上当前时刻T_当前，即得到第五通道执行时刻B）根据Δa_估计计算第五通道的速度脉冲量记为第六通道TD₆：是指将从星F与主星M的相对倾角Δi更改为负值的通道；步骤601：依据当前时刻T_当前的从星F与主星M之间的相对升交点赤经ΔΩ_当前计算估计时刻T_估计的从星F与主星M之间的相对升交点赤经ΔΩ_估计；步骤602：依据当前时刻T_当前的主星M纬度幅角计算估计时刻T_估计的主星M纬度幅角步骤603：依据当前时刻T_当前的相对倾角Δi_当前计算估计时刻T_估计的相对倾角Δi_估计；步骤604：将ΔΩ_估计与设定的最大升交点赤经ΔΩ_max作比，若ΔΩ_估计＜ΔΩ_max，则第六通道不更新执行时刻和速度脉冲量若ΔΩ_估计≥ΔΩ_max，则：A）根据计算出主星M到达指定纬度幅角时所需要的到达时间然后加上轨道预报时间T_预报，加上当前时刻T_当前，即得到第六通道执行时刻B）根据Δa_估计计算第六通道的速度脉冲量记为通道更新模块依据五个准则进行是否通道的更新；准则A：各通道仅在上一步脉冲量情况下允许更新指令，其中ε为规避计算误差而设定的小量，ε=1×10^-5；若上一步脉冲量则该通道禁止更新指令；准则B：第三通道TD₃和第四通道TD₄触发指令的条件相同，拟更新内容是同时生成的；准则C：由于偏心率矢量调整期间将引起相位变化，从生成至执行期间禁止触发第一通道TD₁和第二通道TD₂，但允许触发第五通道TD₅和第六通道TD₆；准则D：第一通道TD₁和第二通道TD₂从生成到执行期间允许触发第三通道TD₃和第四通道TD₄；第一通道TD₁和第二通道TD₂从生成到执行期间允许触发第五通道TD₅和第六通道TD₆；准则E：第五通道TD₅和第六通道TD₆从生成到执行期间允许触发第三通道TD₃和第四通道TD₄；第五通道TD₅和第六通道TD₆从生成到执行期间允许触发第一通道TD₁和第二通道TD₂；通道排序模块用于选取当前执行通道；步骤701：通道排序模块先接收各个通道发出的执行时刻速度脉冲量和通道标识TD_k；所述tTDk={tTD1,tTD2,tTD3,tTD4,tTD5,tTD6};]]>所述vTDk={vTD1,vTD2,vTD3,vTD4,vTD5,vTD6};]]>所述TD_k＝{TD₁,TD₂,TD₃,TD₄,TD₅,TD₆}；步骤702：提取出各个通道的执行时刻的时间值，然后按照执行时刻的时间值先后对各个通道进行升序排序，得到排序后通道Sk_j＝{STD₁,STD₂,STD₃,STD₄,STD₅,STD₆}；k_j为地面上注配置的通道编号；步骤703：将排序后通道Sk_j＝{STD₁,STD₂,STD₃,STD₄,STD₅,STD₆}中第一通道作为当前执行通道；步骤704：将排序后通道Sk_j＝{STD₁,STD₂,STD₃,STD₄,STD₅,STD₆}中的速度脉冲量与最小执行当量ε＝1×10^-5比较，若则选取该所对应的通道更新为当前执行通道，当前执行通道的通道标识记为若则递进选取排序后通道Sk_j＝{STD₁,STD₂,STD₃,STD₄,STD₅,STD₆}中下一通道的速度脉冲量继续与最小执行当量ε＝1×10^-5比较，直至或递进完所有通道结束；步骤705：通道排序模块将当前执行通道控制指令信息输出给执行机构；步骤706：待当前时刻达到当前执行通道的执行时刻通道排序模块将该执行通道的执行时刻和速度脉冲量进行清零。