航天器可达域的一种确定方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了航天器可达域的一种确定方法及装置，涉及航天器空间任务规划与设计技术领域，其中，航天器可达域的一种确定方法包括：对于给定的转移轨道面，求取变轨脉冲的异面变轨能量的变化范围；根据异面变轨能量的变化范围求取可达域的多个特征椭圆，其中，多个特征椭圆至少包括两个第一边界特征椭圆和两个第二边界特征椭圆；通过多个特征椭圆中的至少两个第一边界特征椭圆所围区域的并集的边界，逼近并作为可达域的外边界；通过多个特征椭圆中的至少两个第二边界特征椭圆所围区域的交集的边界，逼近并作为可达域的内边界。本发明专利技术解决了航天器可达域现有计算方法存在的精度差或计算量大，实用性差等问题，提高了航天器可达域工程应用的实用性。

A method and device for determining the reachable domain of spacecraft

The present invention provides a method and apparatus for determining spacecraft reachable region, involving spacecraft space mission planning and design technology field, which includes a method to determine the spacecraft reachable domain: for a given transfer orbit, calculate the range of the pulse energy transfer in a different plane orbit; according to changes in the scope of energy transfer in a different plane the multiple features of ellipse, take reachable domain in which multiple features including at least two first elliptic boundary feature ellipse and two second boundary feature ellipse; Regional Union surrounded by multiple elliptical features at least two of the first boundary characteristics of elliptic boundary approximation, and as the outer boundary of the reachable region; the intersection of the boundary region surrounded by at least two second boundary characteristics of elliptical multiple features in the ellipse, and as the inner boundary is approximation domain. The invention solves the problems that the existing calculation method of the reachable area of the spacecraft has the disadvantages of poor accuracy, large calculation, poor practicability, etc., and improves the practicability of the application of the reachable area of the spacecraft.

【技术实现步骤摘要】
航天器可达域的一种确定方法及装置
本专利技术涉及航天器空间任务规划与设计
，尤其是涉及航天器轨道机动的可达域的一种确定方法及装置。
技术介绍
所谓航天器的可达域，简单来说，就是指在自身燃料限制条件下，航天器通过轨道机动能够到达的所有空间位置点的集合。有的文献也将可达域称为“可达区域”、“可达范围”等，这些名称在本质上是相同的。航天器的可达域既可作为航天器执行各种空间任务的初步可行性判据，又可为空间交会、在轨拦截、空间规避等空间任务的设计提供参考。对可达域进行研究，不仅可以得到航天器轨道机动可达范围的工程判据，还可能得出空间两点边值问题解的存在性的相关数学结论。此外，相关研究成果还可用于行星际轨道任务的研究。目前，国内外对航天器可达域的研究还比较少，尚未形成一套成熟的理论或方法。现有技术主要是基于变轨脉冲大小固定、方向任意，或大小任意、方向固定，或方向沿轨道切向等简化假设条件来进行研究，适用范围存在较大的局限性，且计算方法主要是计算量巨大的数值遍历算法或精度较差的估算方法。因此，现有技术在实际工程应用中具有较大局限性，且由于计算量和计算精度的问题难以应用于航天器的在线任务规划与设计。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术的目的在于提供航天器可达域的一种确定方法及装置，提高航天器可达域的实用性。第一方面，本专利技术实施例提供了航天器可达域的一种确定方法，其包括以下步骤：对于给定的转移轨道面，求取变轨脉冲的异面变轨能量的变化范围；根据异面变轨能量的变化范围，求取可达域的多个特征椭圆，其中，多个特征椭圆至少包括两个第一边界特征椭圆和两个第二边界特征椭圆；通过多个特征椭圆中的至少两个第一边界特征椭圆所围区域的并集的边界，逼近并作为可达域的外边界；通过多个特征椭圆中的至少两个第二边界特征椭圆所围区域的交集的边界，逼近并作为可达域的内边界。第二方面，本专利技术实施例提供了航天器可达域的一种确定装置，包括：异面变轨能量变化范围求取模块，对于给定的转移轨道面，求取变轨脉冲的异面变轨能量的变化范围；特征椭圆求取模块，用于根据异面变轨能量的变化范围，求取可达域的多个特征椭圆，其中，多个特征椭圆至少包括两个第一边界特征椭圆和两个第二边界特征椭圆；可达域外边界求取模块，用于通过多个特征椭圆中的至少两个第一边界特征椭圆所围区域的并集的边界，逼近并作为可达域的外边界；可达域内边界求取模块，用于通过多个特征椭圆中的至少两个第二边界特征椭圆所围区域的交集的边界，逼近并作为可达域的内边界。第三方面，本专利技术实施例提供了一种服务器，其包括存储器和处理器，存储器中存储有可在所述处理器上运行的计算机程序，处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述方法的步骤。第四方面，本专利技术实施例提供了一种具有处理器可执行的非易失的程序代码的计算机可读介质，所述程序代码使所述处理器执行第一方面所述的方法。本专利技术实施例带来了以下有益效果：本专利技术实施例提供的航天器可达域的一种确定方法，对于给定的转移轨道面，求取变轨脉冲的异面变轨能量的变化范围；根据异面变轨能量的变化范围，求取可达域的多个特征椭圆，其中，多个特征椭圆至少包括两个第一边界特征椭圆和两个第二边界特征椭圆；通过多个特征椭圆中的至少两个第一边界特征椭圆所围区域的并集的边界，逼近并作为可达域的外边界；通过多个特征椭圆中的至少两个第二边界特征椭圆所围区域的交集的边界，逼近并作为所述可达域的内边界，该方法计算量小，计算精度高，提高了可达域的实用性，且非常适合于航天器的在线任务规划与设计。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。为使本专利技术的上述目的、特征和优点更加清晰易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明。附图说明为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需使用的附图作简要介绍。显而易见，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的航天器各运动参数在轨道坐标系中的表示；图2为本专利技术实施例1提供的航天器可达域的一种确定方法的流程图；图3为本专利技术实施例1提供的集合V1确定的轨道簇的分布情况；图4为本专利技术实施例1提供的异面变轨能量为给定值时的可达域；图5为本专利技术实施例1提供的一值可达域随异面变轨能量变化的典型趋势示意图；图6为本专利技术实施例1提供的可达域的内边界和外边界示意图；图7为本专利技术实施例2提供的航天器可达域的一种确定装置的示意图；图8为本专利技术实施例3提供的仿真实验1中，一系可达域的四个特征椭圆在一系可达域内的分布情况仿真结果；图9为本专利技术实施例3提供的仿真实验1中，一系可达域的近似内边界和近似外边界仿真结果；图10为本专利技术实施例3提供的仿真实验1中，二系可达域的四个特征椭圆在二系可达域内的分布情况仿真结果；图11为本专利技术实施例3提供的仿真实验1中，二系可达域的近似内边界和近似外边界仿真结果；图12为本专利技术实施例3提供的仿真实验1中，整个可达域的近似内边界和近似外边界仿真结果；图13为本专利技术实施例3提供的仿真实验2中，一系可达域的四个特征椭圆在一系可达域内的分布情况仿真结果；图14为本专利技术实施例3提供的仿真实验2中，一系可达域的近似内边界和近似外边界仿真结果；图15为本专利技术实施例3提供的仿真实验2中，二系可达域的四个特征椭圆在二系可达域内的分布情况仿真结果；图16为本专利技术实施例3提供的仿真实验2中，二系可达域的近似内边界和近似外边界仿真结果；图17为本专利技术实施例3提供的仿真实验2中，整个可达域的近似内边界和近似外边界仿真结果。图标：1-异面变轨能量变化范围求取模块；2-特征椭圆求取模块；3-可达域外边界求取模块；4-可达域内边界求取模块。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。一般来说，航天器的可达域是一个非常复杂的不规则区域，难以用解析方法准确地描述这个区域。但是，在实际应用中，为了判断给定的转移轨道面上的一个目标点是否可达，需要能够快速计算出航天器的可达域。基于此，本专利技术实施例提供的航天器可达域的一种确定方法及装置计算结果较为准确，且计算量很小，便于工程应用。如图1所示，定义轨道坐标系ogxgygzg，其坐标原点og位于地心，ogxg轴沿当前时刻航天器地心矢径方向，ogzg轴沿当前时刻航天器动量矩矢量方向，ogyg轴由右手定则确定。设在轨道坐标系ogxgygzg中，航天器初始轨道的动量矩矢量hS＝[0,0,hS]T，航天器所能施加的最大变轨脉冲为Δvmax，在航天器变轨点P1处，航天器的位矢r1＝[r1,0,0]T，速度v1＝[v1xg,v1yg,0]T，航天器施加的变轨脉冲Δv＝[Δvxg,Δvyg,Δvzg]T，施加变轨脉冲后的瞬间速度为vK本文档来自技高网...

【技术保护点】
航天器可达域的一种确定方法，其特征在于，包括以下步骤：对于给定的转移轨道面，求取变轨脉冲的异面变轨能量的变化范围；根据所述异面变轨能量的变化范围，求取可达域的多个特征椭圆，其中，所述多个特征椭圆至少包括两个第一边界特征椭圆和两个第二边界特征椭圆；通过所述多个特征椭圆中的至少两个第一边界特征椭圆所围区域的并集的边界，逼近并作为所述可达域的外边界；通过所述多个特征椭圆中的至少两个第二边界特征椭圆所围区域的交集的边界，逼近并作为所述可达域的内边界。

【技术特征摘要】
1.航天器可达域的一种确定方法，其特征在于，包括以下步骤：对于给定的转移轨道面，求取变轨脉冲的异面变轨能量的变化范围；根据所述异面变轨能量的变化范围，求取可达域的多个特征椭圆，其中，所述多个特征椭圆至少包括两个第一边界特征椭圆和两个第二边界特征椭圆；通过所述多个特征椭圆中的至少两个第一边界特征椭圆所围区域的并集的边界，逼近并作为所述可达域的外边界；通过所述多个特征椭圆中的至少两个第二边界特征椭圆所围区域的交集的边界，逼近并作为所述可达域的内边界。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述异面变轨能量的变化范围，求取可达域的多个特征椭圆，包括：根据所述异面变轨能量的变化范围，将所述可达域划分为一系可达域与二系可达域两个分支，且所述二系可达域近似位于所述一系可达域的内部；求取异面变轨能量变化过程中半长轴最大的一值可达域正极椭圆和半长轴最大的一值可达域负极椭圆，并将其作为所述两个第一边界特征椭圆；求取异面变轨能量变化过程中半长轴最小的二值可达域正极椭圆和半长轴最小的二值可达域负极椭圆，并将其作为所述两个第二边界特征椭圆。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述根据所述异面变轨能量的变化范围，求取可达域的多个特征椭圆，还包括：求取异面变轨能量取最小值时对应的一值可达域的正极椭圆与负极椭圆，并将其作为两个第三边界特征椭圆。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过所述多个特征椭圆中的至少两个第一边界特征椭圆所围区域的并集的边界，逼近并作为所述可达域的外边界，包括：通过所述两个第一边界特征椭圆所围区域的并集的边界，逼近并作为所述可达域的外边界；或者，通过所述两个第一边界特征椭圆以及所述两个第二边界特征椭圆所围区域的并集的边界，逼近并作为所述可达域的外边界；或者，通过所述两个第一边界特征椭圆以及所述两个第三边界特征椭圆所围区域的并集的边界，逼近并作为所述可达域的外边界；或者，通过所述两个第一边界特征椭圆、所述两个第二边界特征椭圆，以及所述两个第三边界特征椭圆所围区域的并集的边界，逼近并作为所述可达域的外边界。5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述通过所述多个特征椭圆中的至少两个第二边界特征椭圆所围区域的交集的边界，逼近并作为所述可达域的内边界，包括：通过所述两个第二边界特征椭圆所围区域的交集的边界，逼近并作为所述可达...

【专利技术属性】
技术研发人员：端军红，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61