[发明专利]天基布撒器异面轨道布撒控制方法

摘要

天基布撒器异面轨道布撒控制方法，涉及卫星控制技术领域。本发明为了准确控制发射至目标卫星相近异面轨道的安装有布撒器的卫星喷洒干扰云团，以对目标卫星进行干扰，使目标卫星失去相应的功能。设定t_adjust时刻布撒器发射干扰材料完毕；解算t_adjust时刻目标星相对于布撒卫星的v_{0_tar}、r_{0_tar}；同时利用r_{0_tar}、v_{0_tar}通过求解方程组计算布撒器喷头与布撒卫星轨道系三轴夹角θ_x、θ_y、θ_z的余弦值以及期望的撞击时间t_hit；若t_hit有适当正实数解，则两星相对状态是在发射窗口内，可继续下一步骤；否则等待进入发射窗口；在小于t_adjust-t_jet时间内计算出θ_x、θ_y、θ_z，并控制布撒器喷头指向期望发射方向；在t_adjust-t_jet时刻开始发射出干扰云团，使其在t_adjust时刻彻底与布撒器分离。本发明方法用于反卫星的控制过程中。

主权项

一种天基布撒器异面轨道布撒控制方法，所述方法是基于运行在轨道半径相同、具有一定轨道倾角差的相近异面轨道的目标卫星与布撒卫星来实现的，其特征在于：所述方法的实现过程为：步骤一、探测目标，得到其在0时刻相对布撒卫星的初始相对速度v'_{0_tar}和初始相对位置r′_{0_tar}；步骤二、设定t_adjust时刻布撒器发射干扰材料完毕；步骤三、解算t_adjust时刻目标星相对于布撒卫星的相对速度v_{0_tar}、相对位置r_{0_tar}；r_{0_tar}(t_adjust)＝Φ₁₁(t_adjust)r′_{0_tar}+Φ₁₂(t_adjust)v'_{0_tar}v_{0_tar}(t_adjust)＝Φ₂₁(t_adjust)r′_{0_tar}+Φ₂₂(t_adjust)v'_{0_tar}其中${\mathrm{\Φ}}_{11}\left(t_{\mathrm{adjust}}\right)=\left[\begin{array}{ccc}4-3\cos \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{adjust}}\right)& 0& 0\\ -6\mathrm{nt}+6\sin \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{adjust}}\right)& 1& 0\\ 0& 0& \cos \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{adjust}}\right)\end{array}\right]$${\mathrm{\Φ}}_{12}\left(t_{\mathrm{adjust}}\right)=\left[\begin{array}{ccc}\frac{\sin \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{adjust}}\right)}{n}& \frac{2}{n}(1-\cos \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{adjust}}\right))& 0\\ -\frac{2}{n}(1-\cos \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{adjust}}\right))& -3t+\frac{4}{n}\sin \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{adjust}}\right)& 0\\ 0& 0& \frac{\sin \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{adjust}}\right)}{n}\end{array}\right]$${\mathrm{\Φ}}_{21}\left(t_{\mathrm{adjust}}\right)=\left[\begin{array}{ccc}3n\sin \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{adjust}}\right)& 0& 0\\ -6n(1-\cos \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{adjust}}\right))& 0& 0\\ 0& 0& -n\sin \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{adjust}}\right)\end{array}\right]$${\mathrm{\Φ}}_{22}\left(t_{\mathrm{adjust}}\right)=\left[\begin{array}{ccc}\cos \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{adjust}}\right)& 2\sin \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{adjust}}\right)& 0\\ -2\sin \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{adjust}}\right)& -3+4\cos \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{adjust}}\right)& 0\\ 0& 0& \cos \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{adjust}}\right)\end{array}\right]$上式中：n为布撒卫星轨道角速度；步骤四、同时利用r_{0_tar}、v_{0_tar}通过求解以下方程组计算布撒器喷头与布撒卫星轨道系三轴夹角θ_x、θ_y、θ_z的余弦值以及期望的撞击时间t_hit；其中r_{0_clo}与v_{0_clo}是射出的云团的中心点在云团刚脱离布撒器喷头时刻的相对位置与速度；v_jet是干扰材料喷出速度，t_jet是喷射时间；$\left\{\begin{array}{c}{\mathrm{\Φ}}_{11}\left(t_{\mathrm{hit}}\right)r_{0\_\mathrm{tar}}+{\mathrm{\Φ}}_{12}\left(t_{\mathrm{hit}}\right)v_{0\_\mathrm{tar}}={\mathrm{\Φ}}_{11}\left(t_{\mathrm{hit}}\right)r_{0\_\mathrm{clo}}+{\mathrm{\Φ}}_{12}\left(t_{\mathrm{hit}}\right)v_{0\_\mathrm{clo}}\\ {\cos }^2{\mathrm{\θ}}_x+{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_y+{\cos }^2{\mathrm{\θ}}_z=1\\ r_{0\_\mathrm{clo}}=\frac{v_{\mathrm{jet}}{t}_{\mathrm{jet}}}{2}\left[\begin{array}{c}\cos {\mathrm{\θ}}_x\\ \cos {\mathrm{\θ}}_y\\ \cos {\mathrm{\θ}}_z\end{array}\right]\\ v_{0\_\mathrm{clo}}=v_{\mathrm{jet}}\left[\begin{array}{c}\cos {\mathrm{\θ}}_x\\ \cos {\mathrm{\θ}}_y\\ \cos {\mathrm{\θ}}_z\end{array}\right]\end{array}\right.$其中${\mathrm{\Φ}}_{11}\left(t_{\mathrm{hit}}\right)=\left[\begin{array}{ccc}4-3\cos \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{hit}}\right)& 0& 0\\ -6\mathrm{nt}+6\sin \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{hit}}\right)& 1& 0\\ 0& 0& \cos \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{hit}}\right)\end{array}\right]$${\mathrm{\Φ}}_{12}\left(t_{\mathrm{hit}}\right)=\left[\begin{array}{ccc}\frac{\sin \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{hit}}\right)}{n}& \frac{2}{n}(1-\cos \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{hit}}\right))& 0\\ -\frac{2}{n}(1-\cos \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{hit}}\right))& -3t+\frac{4}{n}\sin \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{hit}}\right)& 0\\ 0& 0& \frac{\sin \left({\mathrm{nt}}_{\mathrm{hit}}\right)}{n}\end{array}\right]$步骤五、判断上述期望的撞击时间t_hit是否有正实数解，若t_hit有适当正实数解，则两星相对状态是在发射窗口内，可继续下一步骤；否则等待进入发射窗口，返回步骤一；步骤六、在小于t_adjust‑t_jet时间内计算出θ_x、θ_y、θ_z，并控制布撒器喷头指向期望发射方向；步骤七、在t_adjust‑t_jet时刻开始发射出干扰云团，使其在t_adjust时刻彻底与布撒器分离。