[发明专利]一种卫星集群初始轨道设计方法及装置

摘要

本发明公开了一种卫星集群初始轨道设计方法及装置，本发明采用相对偏心率及轨道倾角矢量设计方法，依据主星轨道参数、集群卫星之间的最小安全距离和最大通信距离等限制条件快速生成指定数目的集群卫星轨道，该方法生成的集群卫星在J2摄动的影响下能够保持最小轨道偏移，相对长的时间内集群卫星之间的距离限制条件不会被打破，因而不需要进行轨道调整。

主权项

1.一种卫星集群初始轨道设计方法，其特征在于，包含如下步骤：S1、首先获取变量预设值，包括卫星之间的最小安全距离d_safe、最大距离d_max、从星数量N；S2、遗传算法的参数初始化：根据(aδe_k)_ij∈[d_safe，d_max/2]，(aδi_k)_ij∈[d_safe，d_max]分别随机生成一组δe_k与δi_k的值；同时设定α_k的取值且α_k为固定值，并设定相对偏心率矢量的角度量或者3π/2；其中，下标为k代表从星相对主星的矢量参数，a表示主星的长半轴的长度，下标ij表示的是任意卫星i与卫星j，δe_k表示相对偏心率，δe_k表对轨道倾角；S3、求解初始优化值：在考虑最小安全距离约束和目标函数前提下，采用遗传算法来求解一组δe_k与δi_k的最优值；遗传算法的数学模型如下：目标函数为：约束条件为：其中，表示任意两个卫星i、j之间的最小距离，表示相对轨道倾角矢量的角度量；S4、判断步骤S3求解所得的δe_k与δi_k是否满足最大距离约束条件如果满足则该组优化解满足集群轨道设计要求，结束参数求解过程转到S6；若不满足则转到步骤S5继续进行参数优化求解；其中，表示任意两个卫星i、j之间的最大距离；S5、将利用遗传算法求得的优化解δe_k及δi_k作为MATLAB非线性约束优化函数fmincon的初始值，继续对以上优化模型进行非线性求解，转到步骤S6；S6、利用步骤S4或S5所得的参数δe_k及δi_k，带入从星轨道根数求解过程中，求解对应的从星轨道六根数，结束。