一种基于在轨数据融合的轨迹预报处理方法技术

本发明专利技术公开了一种基于在轨数据融合的轨迹预报处理方法，包括：根据从遥测数据中提取得到的第一相对位置、第一相对速度、第二相对位置、第二相对速度和预报终点信息，确定初始脉冲和终端制动脉冲；根据第一相对速度、第二相对速度、初始脉冲和终端制动脉冲，确定第一矢量速度和第二矢量速度；根据各解算步长时间点下的第一相对位置、第一相对速度、第一矢量速度和第二矢量速度确定的运动状态序列，得到轨迹预报结果，并生成轨迹预报曲线。通过本发明专利技术实现了航天器交会对接飞行控制任务过程中对于轨迹预报特有的实时性、准确性、可定制性、与在轨状态一致性的要求，在准确预报轨迹的同时能够清晰有效的进行显示，为地面飞行控制监视和决策提供参考。

A Trajectory Prediction Processing Method Based on On-orbit Data Fusion

The invention discloses a trajectory prediction processing method based on on on-orbit data fusion, which includes: determining the initial pulse and terminal braking pulse according to the first relative position, the first relative velocity, the second relative position, the second relative velocity and the predicted terminal information extracted from telemetry data; and determining the first relative velocity, the second relative velocity, the initial pulse and the terminal braking according to the first relative velocity, the second relative velocity, and the terminal braking information. The first and second vector velocities are determined by impulses, and the trajectory prediction results are obtained according to the sequence of motion states determined by the first relative position, the first relative velocity, the first vector velocity and the second vector velocity at the time points of each calculation step, and the trajectory prediction curves are generated. The invention realizes the requirement of real-time, accuracy, customizability and consistency with on-orbit state for trajectory prediction in the process of spacecraft rendezvous and docking flight control mission, and can display the trajectory clearly and effectively while accurately predicting the trajectory, thus providing reference for ground flight control monitoring and decision-making.

【技术实现步骤摘要】
一种基于在轨数据融合的轨迹预报处理方法
本专利技术属于航天器地面飞行控制与支持
，尤其涉及一种基于在轨数据融合的轨迹预报处理方法。
技术介绍
面对日益复杂的航天器在轨飞行控制任务，虽然航天器自主飞行能力以及自动化、智能化水平已经有了很大程度的提升，但是在很多重大飞行事件执行时依然需要地面人员的参与，尤其面对交会对接这种涉及多个航天器协同控制，安全性、时效性要求非常高的情况，目前国内外依然选择主要依靠地面进行决策和干预，而这其中两航天器相对位置的轨迹预报是评价飞行轨迹安全性、交会对接控制精度的重要手段，同时作为一种提前预估方法，轨迹预报也能为需要短时间内做出飞行处置决策的情形提供非常有价值的参考。轨迹预报在交会对接飞行控制过程中起到的作用主要有以下几点：(1)提前预估飞行轨迹，辅助地面判断飞行轨迹的正确性：在交会对接任务中，两航天器间的相对运动状态非常重要，是影响飞行任务成败的重要判断信息，而飞行轨迹的预估能够将主要相对状态直观的呈现出来，是地面进行判断和决策的重要手段。(2)配合飞行安全走廊，直接判断飞行轨迹的安全性：将飞行轨迹和安全飞行走廊进行比对，能够迅速判断当前以及未来一段时间内的飞行轨迹是否安全。(3)轨迹预报的计算过程和采用的部分算法和航天器上控制计算机的处理方式是一致的，这在一定程度上能够反映航天器上执行状态的正确性：通过部分计算结果的比对能够评估航天器在轨运行健康状态。可见，相对于数字化的飞行数据，飞行轨迹这种图形化的显示方式更加有效直观，对于地面人员迅速判断飞行状态是否正常非常有帮助。为实现轨迹的精准预报，目前较为常见的做法主要有以下几种：(1)按照预定的飞行程序，以两航天器的设计标称位置为起点、以设计状态中的下一目标位置作为终点进行相对位置的解算并预估轨迹。(2)利用地面数学仿真软件对轨迹进行预报，即利用地面支持计算机中的数字模型，通过一系列的仿真模型设置，尽可能的复现当前飞行状态并进行轨迹预估。然而，现有的轨迹预报存在诸多问题：灵活性差，航天器飞行状态与标称设计状态存在较大差别，处理结果将偏离实际飞行状态，对飞行控制任务的地面监视与决策的参考价值低；处理周期比较长，无法做到对轨迹的实时预报与监测。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种基于在轨数据融合的轨迹预报处理方法，旨在解决航天器交会对接飞行控制任务过程中对于轨迹预报特有的实时性、准确性、可定制性、与在轨状态一致性要求，在准确预报轨迹的同时能够清晰有效的进行显示，为地面飞行控制监视和决策提供参考。为了解决上述技术问题，本专利技术公开了一种基于在轨数据融合的轨迹预报处理方法，包括：从遥测数据中提取得到第一相对位置、第一相对速度和预报终点信息；其中，所述第一相对位置和第一相对速度为：相对导航坐标系下的航天器相对位置和相对速度；其中，所述预报终点信息，包括：预估预报终点、预估预报终点处的第二相对位置和第二相对速度；根据第一相对位置、第一相对速度、第二相对位置、第二相对速度和预报终点信息，确定初始脉冲和终端制动脉冲；根据第一相对速度、第二相对速度、初始脉冲和终端制动脉冲，确定第一矢量速度和第二矢量速度；根据各解算步长时间点下的第一相对位置、第一相对速度、第一矢量速度和第二矢量速度确定的运动状态序列，得到轨迹预报结果，并生成轨迹预报曲线。在上述基于在轨数据融合的轨迹预报处理方法中，还包括：从遥测数据中提取得到第三相对位置、第三相对速度和相对导航收敛标志；其中，所述第三相对位置和第三相对速度为：轨道坐标系下的航天器相对位置和相对速度；当根据所述相对导航收敛标志的有效性，确定第三相对位置和第三相对速度处于稳定状态时，则执行所述根据第一相对位置、第一相对速度、第二相对位置和第二相对速度，确定初始脉冲和终端制动脉冲的步骤；当根据所述相对导航收敛标志的有效性，确定第三相对位置和第三相对速度处于非稳定状态时，根据所述第三相对位置和第三相对速度，对所述第一相对位置和第一相对速度进行替换更新。在上述基于在轨数据融合的轨迹预报处理方法中，根据所述第三相对位置和第三相对速度，对所述第一相对位置和第一相对速度进行替换更新，包括：通过敏感器安装矩阵，对第三相对位置和第三相对速度进行坐标转换，得到第四相对位置和第四相对速度；其中，所述第四位相对置和第四相对速度为：相对导航坐标系下的航天器相对位置和相对速度；分别确定第四相对位置和第四相对速度与第一相对位置和第一相对速度的差值，得到位置差值和速度差值；若所述位置差值小于预设相对位置阈值、且速度差值小于预设相对速度阈值，则采用所述第三相对位置和第三相对速度，对所述第一相对位置和第一相对速度进行替换更新。在上述基于在轨数据融合的轨迹预报处理方法中，根据第一相对位置、第一相对速度、第二相对位置、第二相对速度和预报终点信息，确定初始脉冲和终端制动脉冲，包括：根据第一相对位置和第一相对速度，确定下一时刻的相对运动目标点；判断预估预报终点是否处在下一时刻的相对运动目标点的前方位置；若预估预报终点处在下一时刻的相对运动目标点的前方位置，则根据相对运动动力学方程，计算得到从第一相对位置和第一相对速度达到第二相对位置和第二相对速度所需的初始脉冲和终端制动脉冲；若预估预报终点未处在下一时刻的相对运动目标点的前方位置，则在根据飞行策略确定允许调整预估预报终点时，对预估预报终点进行调整，直至预估预报终点处在下一时刻的相对运动目标点的前方位置。在上述基于在轨数据融合的轨迹预报处理方法中，根据第一相对速度、第二相对速度、初始脉冲和终端制动脉冲，确定第一矢量速度和第二矢量速度，包括：将第一相对速度与初始脉冲进行矢量相加，得到第一矢量速度，并将轨迹预报计算时间清零；根据当前解算步长和预报总时间，判断数据输出长度是否小于设定阈值；当确定数据输出长度小于设定阈值时，解算得到下一步长时间点下的相对导航坐标系下的航天器相对位置和相对速度，并累加轨迹预报计算时间；判断轨迹预报计算时间是否大于总预报时间；当确定轨迹预报计算时间大于总预报时间时，将下一步长时间点下的相对导航坐标系下的航天器相对速度与终端制动脉冲进行矢量相加，得到第二矢量速度。在上述基于在轨数据融合的轨迹预报处理方法中，还包括：当确定数据输出长度大于或等于设定阈值时，调整相对运动方程解算步长，直至数据输出长度小于设定阈值。在上述基于在轨数据融合的轨迹预报处理方法中，还包括：当确定轨迹预报计算时间小于或等于总预报时间时，则解算得到下下一步长时间点下的相对导航坐标系下的航天器相对位置和相对速度，并累加轨迹预报计算时间，直至轨迹预报计算时间大于总预报时间。在上述基于在轨数据融合的轨迹预报处理方法中，还包括：根据预报请求，选择单次轨迹预报、实时轨迹预报或定时轨迹预报。在上述基于在轨数据融合的轨迹预报处理方法中，还包括：当根据预报请求选择实时轨迹预报时，将第一相对位置和第一相对速度打印输出到显示曲线上；根据预报请求，判断是否进行曲线叠加比对；若确定进行曲线叠加比对，则将当前周期的轨迹预报结果打印输出到显示曲线上；若确定不进行曲线叠加比对，则将显示曲线上的上一周期的轨迹预报结果清除，并在上一周期的轨迹预报结果清除之后，将当前周期的轨迹预报结果打印输出到显示曲线上。本专利技术具有本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于在轨数据融合的轨迹预报处理方法，其特征在于，包括：从遥测数据中提取得到第一相对位置、第一相对速度和预报终点信息；其中，所述第一相对位置和第一相对速度为：相对导航坐标系下的航天器相对位置和相对速度；其中，所述预报终点信息，包括：预估预报终点、预估预报终点处的第二相对位置和第二相对速度；根据第一相对位置、第一相对速度、第二相对位置、第二相对速度和预报终点信息，确定初始脉冲和终端制动脉冲；根据第一相对速度、第二相对速度、初始脉冲和终端制动脉冲，确定第一矢量速度和第二矢量速度；根据各解算步长时间点下的第一相对位置、第一相对速度、第一矢量速度和第二矢量速度确定的运动状态序列，得到轨迹预报结果，并生成轨迹预报曲线。

【技术特征摘要】
1.一种基于在轨数据融合的轨迹预报处理方法，其特征在于，包括：从遥测数据中提取得到第一相对位置、第一相对速度和预报终点信息；其中，所述第一相对位置和第一相对速度为：相对导航坐标系下的航天器相对位置和相对速度；其中，所述预报终点信息，包括：预估预报终点、预估预报终点处的第二相对位置和第二相对速度；根据第一相对位置、第一相对速度、第二相对位置、第二相对速度和预报终点信息，确定初始脉冲和终端制动脉冲；根据第一相对速度、第二相对速度、初始脉冲和终端制动脉冲，确定第一矢量速度和第二矢量速度；根据各解算步长时间点下的第一相对位置、第一相对速度、第一矢量速度和第二矢量速度确定的运动状态序列，得到轨迹预报结果，并生成轨迹预报曲线。2.根据权利要求1所述的基于在轨数据融合的轨迹预报处理方法，其特征在于，还包括：从遥测数据中提取得到第三相对位置、第三相对速度和相对导航收敛标志；其中，所述第三相对位置和第三相对速度为：轨道坐标系下的航天器相对位置和相对速度；当根据所述相对导航收敛标志的有效性，确定第三相对位置和第三相对速度处于稳定状态时，则执行所述根据第一相对位置、第一相对速度、第二相对位置和第二相对速度，确定初始脉冲和终端制动脉冲的步骤；当根据所述相对导航收敛标志的有效性，确定第三相对位置和第三相对速度处于非稳定状态时，根据所述第三相对位置和第三相对速度，对所述第一相对位置和第一相对速度进行替换更新。3.根据权利要求2所述的基于在轨数据融合的轨迹预报处理方法，其特征在于，根据所述第三相对位置和第三相对速度，对所述第一相对位置和第一相对速度进行替换更新，包括：通过敏感器安装矩阵，对第三相对位置和第三相对速度进行坐标转换，得到第四相对位置和第四相对速度；其中，所述第四位相对置和第四相对速度为：相对导航坐标系下的航天器相对位置和相对速度；分别确定第四相对位置和第四相对速度与第一相对位置和第一相对速度的差值，得到位置差值和速度差值；若所述位置差值小于预设相对位置阈值、且速度差值小于预设相对速度阈值，则采用所述第三相对位置和第三相对速度，对所述第一相对位置和第一相对速度进行替换更新。4.根据权利要求1所述的基于在轨数据融合的轨迹预报处理方法，其特征在于，根据第一相对位置、第一相对速度、第二相对位置、第二相对速度和预报终点信息，确定初始脉冲和终端制动脉冲，包括：根据第一相对位置和第一相对速度，确定下一时刻的相对运动目标点；判断预...

【专利技术属性】
技术研发人员：王振华，张一，张强，张国峰，奚坤，蔡雨辰，李晓锋，郝慧，陈长青，刘阳，安思颖，韩强，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11