一种通用的星箭分离时刻卫星飞行状态确定系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种通用的星箭分离时刻卫星飞行状态确定系统及方法，主要解决在卫星发射试验任务中，实时数据处理系统在根据火箭的实时测量数据进行指挥决策信息处理时，计算确定星箭分离时刻卫星飞行状态，以进一步进行卫星初轨预报，提高卫星初轨预报的可信度和精度，为各级指挥员提供正确的指挥决策支持信息。包括：1.提出了卫星安装方式对星箭分离时刻卫星飞行状态的影响模型。2.提出了星箭分离方式对星箭分离时刻卫星飞行状态的影响模型。3.确定了星箭分离时刻卫星相对于火箭的发射系弹道变化量的计算方法。4.确定了星箭分离时刻卫星飞行状态的计算方法。

A general system and method for determining the flying state of satellite and rocket separation time satellites

The invention discloses a universal satellite flying state determination system and method for satellite separation time, which mainly solves the problem that the real-time data processing system calculates and determines the satellite flying state at the satellite separation time according to the real-time measurement data of the rocket for command and decision-making information processing in the satellite launching test mission, and further solves the problem. Satellite initial orbit prediction is carried out to improve the reliability and accuracy of satellite initial orbit prediction and provide correct command decision support information for commanders at all levels. It includes: 1.. The influence model of satellite installation on the flying state of satellites at the separation time is presented. 2. the influence model of separation of satellite and arrow on the flying state of satellites at the time of separation is presented. 3. we determined the calculation method of the ballistic variation of the satellite launch phase relative to the rocket. 4. we determined the calculation method of the satellite's flying state at the separation time.

【技术实现步骤摘要】
一种通用的星箭分离时刻卫星飞行状态确定系统及方法
本专利技术属于航天测控领域火箭和航天器的数据处理分析技术，特别是卫星与火箭分离时刻的数据处理分析技术，具体是一种通用的星箭分离时刻卫星飞行状态确定方法。
技术介绍
在卫星发射任务中，火箭将卫星推送到预定轨道时，执行星箭分离预定指令。因此卫星的初始轨道参数(以下简称为：卫星初轨根数)是衡量卫星发射任务是否成功的关键指标。卫星初轨根数由星箭分离时刻卫星飞行状态计算得到。初轨计算算法已经成熟。因此，准确确定卫星初轨的关键是确定星箭分离时刻卫星的运动状态。受任务特点、政治、经济和时间等因素的影响，发射任务可能是一箭一星、一箭双星、一箭三星或者其它形式。星箭分离方式可能为分离弹簧箭体轴正向弹射、分离弹簧箭体轴斜向弹射、火箭自旋甩分或多种方式的组合分离。此前，针对不同形式的星箭分离方式，实时数据处理系统有单独的卫星分离状态处理模型和函数，导致软件越来越庞大，维护细节较多，容易人为引入缺陷。在高密度发射任务期间，时间紧任务重，软件维护时间短，避免软件维护引入软件缺陷显得尤其困难。开展通用的星箭分离时刻卫星飞行状态确定方法研究具有较大的现实意义。主要表现在：1)能够为实时数据处理系统提供统一的星箭分离时刻卫星飞行状态确定方法，适应不同形式的发射任务，从而精简实时数据处理系统，提高软件可靠性。2)统一的数据输入接口能实现实时数据处理系统的可配置化，通过配置卫星个数、卫星安装参数、星箭分离参数，就能确定星箭分离时刻卫星飞行状态，进而进行卫星初轨预报，降低了软件维护难度，缩短软件维护周期，满足高密度发射任务需求。
技术实现思路
本专利技术针对现有实时数据处理系统现状，为了适应发射任务中的不同星箭分离方式，提高实时数据处理系统可靠性，实现软件可配置化，降低软件维护难度，缩短维护周期，提出了一种通用的星箭分离时刻卫星飞行状态确定系统及方法。本专利技术的技术方案如下：一种通用的星箭分离时刻卫星飞行状态确定系统，其特征在于，包括位置变化量计算模块、速度变化量计算模块、弹道变化量计算模块及弹道确定模块，其中所述位置变化量计算模块，用于根据根据卫星安装方式，计算星箭分离时刻卫星相对于火箭的箭体系位置变化量；速度变化量计算模块，用于根据星箭分离方式，计算星箭分离时刻卫星相对于火箭的箭体系速度变化量；弹道变化量计算模块，用于将箭体系位置变化量和速度变化量通过箭体系到发射系的坐标转换，计算得到星箭分离时刻卫星相对于火箭的发射系弹道变化量；弹道确定模块，用于将发射系弹道变化量通过弹道合成，计算得到星箭分离时刻卫星在发射系下的弹道，完成星箭分离时刻卫星飞行状态的确定。(位置变化量计算模块和速度变化量计算模块的输出结果是弹道变化量计算模块的输入，弹道变化量计算模块的输出是弹道确定模块的输入。括号内的关系内容在这段文字中已表达清楚)进一步的，所述位置变化量计算模块中根据卫星安装方式计算星箭分离时刻卫星相对于火箭的箭体系位置变化量具体为：卫星安装方式对星箭分离时刻卫星飞行状态的影响模型，即卫星相对于火箭的箭体系位置变化量BDX计算模型如下：其中，Install_Ay为在箭体横截面即YOZ面上箭体Y轴正向与卫星安装点与箭体中心的连线的夹角，逆时针为正；Install_Ax为在箭体纵截面即XOY面上箭体X轴正向与卫星轴向的夹角，逆时针为正；Install_x为卫星质点中心在箭体轴上的坐标；Install_r为卫星质点中心与箭体轴的距离；Mi[a](i＝1,2,3)为两个坐标系的方向余弦矩阵，表示第i轴平行，另外两个坐标轴的夹角相同，均为α。进一步的，进一步的，所述速度变化量计算模块根据星箭分离方式计算星箭分离时刻卫星相对于火箭的箭体系速度变化量具体为：星箭分离方式对星箭分离时刻卫星飞行状态的影响模型，即卫星在星箭分离时刻获得的箭体系速度变化量BDV计算模型如下：其中，FenLi_DVad为卫星在分离时刻从分离弹簧的分离动作获得的卫星轴向速度增量，沿轴向正向方向为正；FenLi_dA为分离时刻箭体轴向与卫星轴向的夹角，逆时针方向为正；FenLi_DVrd为卫星在分离时刻从火箭的自旋获得的径向速度增量，从火箭底部看逆时针方向为正。进一步的，所述弹道变化量计算模块计算星箭分离时刻卫星相对于火箭的发射系弹道变化量具体为：其中，GDX、GDV分别为卫星在分离时刻的发射系弹道位置变化量和弹道速度变化量；M_B2G为分离时刻箭体系到发射系的转换矩阵；γ、ψ、分别为分离时刻箭体相对于发射系的滚动角、偏航角、俯仰角。进一步的，所述弹道确定模块得到星箭分离时刻卫星在发射系下的弹道，完成星箭分离时刻卫星飞行状态的确定，具体内容为：弹道结构定义为tagOrbit＝[TXV]其中，T表示弹道时间，X表示弹道位置矢量，V表示弹道速度矢量；星箭分离时刻，卫星在发射系下的弹道Orbits如下计算得到其中，txf为星箭分离时间；Orbittxf、GJXtxf、GJVtxf分别为火箭在txf时刻的发射系弹道、位置和速度；GXXtxf、GXVtxf分别为卫星在txf时刻的发射系弹道位置和速度。一种基于所述系统的通用的星箭分离时刻卫星飞行状态确定方法，其包括以下步骤：101、首先，根据卫星安装方式，计算星箭分离时刻卫星相对于火箭的箭体系位置变化量；102、其次，根据星箭分离方式，计算星箭分离时刻卫星相对于火箭的箭体系速度变化量；103、将箭体系位置变化量和速度变化量，通过箭体系到发射系的坐标转换，得到星箭分离时刻卫星相对于火箭的发射系弹道变化量；104、最后，将火箭的发射系弹道变化量通过弹道合成，计算得到星箭分离时刻卫星在发射系下的弹道，完成星箭分离时刻卫星飞行状态的确定。本专利技术的优点及有益效果如下：本专利技术法对不同卫星安装方式和星箭分离方式进行了统一建模，能够适应不同星箭分离方式的卫星发射任务，从而精简实时数据处理系统结构，提高实时数据处理系统的可维护性和可靠性；为实现软件可配置化提供支持，避免引入人为软件缺陷，降低维护难度，缩短维护周期，满足高密度发射任务需求。本方法已应用于本中心的实时任务数据处理软件中，成功执行了五次卫星发射任务。在任务实施过程中，基于本方法成功完成了北斗IGSO卫星(一箭一星发射方式)、北斗MEO卫星(一箭双星发射方式)、遥感卫星(一箭三星发射方式)的初轨预报，与卫星测控中心综合卫星测量数据得到的卫星初轨根数基本一致，方法的正确性和有效性得到验证，为各级指挥员提供了正确的指挥决策支持信息。附图说明图1是本专利技术提供优选实施例实时数据处理系统应用本方法的处理流程示意图；表1是某次卫星发射中实时数据处理系统应用本方法基于理论数据计算的卫星初轨根数精度；表2是某次卫星发射中实时数据处理系统应用本方法基于实测数据计算的卫星初轨根数精度。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、详细地描述。所描述的实施例仅仅是本专利技术的一部分实施例。本专利技术解决上述技术问题的技术方案是：根据上述研究背景，本专利技术的目的是提出一种通用的星箭分离时刻卫星飞行状态确定方法。本方法包括：1、卫星安装方式对星箭分离时刻卫星飞行状态的影响模型卫星安装方式对星箭分离时刻卫星飞行状态的影响模型，即卫星相对于火箭的箭体系位置变化量BDX本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种通用的星箭分离时刻卫星飞行状态确定系统，其特征在于，包括位置变化量计算模块、速度变化量计算模块、弹道变化量计算模块及弹道确定模块，其中所述位置变化量计算模块，用于根据根据卫星安装方式，计算星箭分离时刻卫星相对于火箭的箭体系位置变化量；速度变化量计算模块，用于根据星箭分离方式，计算星箭分离时刻卫星相对于火箭的箭体系速度变化量；弹道变化量计算模块，用于将箭体系位置变化量和速度变化量通过箭体系到发射系的坐标转换，计算得到星箭分离时刻卫星相对于火箭的发射系弹道变化量；弹道确定模块，用于将发射系弹道变化量通过弹道合成，计算得到星箭分离时刻卫星在发射系下的弹道，完成星箭分离时刻卫星飞行状态的确定，位置变化量计算模块和速度变化量计算模块的输出结果是弹道变化量计算模块的输入，弹道变化量计算模块的输出是弹道确定模块的输入。

【技术特征摘要】
1.一种通用的星箭分离时刻卫星飞行状态确定系统，其特征在于，包括位置变化量计算模块、速度变化量计算模块、弹道变化量计算模块及弹道确定模块，其中所述位置变化量计算模块，用于根据根据卫星安装方式，计算星箭分离时刻卫星相对于火箭的箭体系位置变化量；速度变化量计算模块，用于根据星箭分离方式，计算星箭分离时刻卫星相对于火箭的箭体系速度变化量；弹道变化量计算模块，用于将箭体系位置变化量和速度变化量通过箭体系到发射系的坐标转换，计算得到星箭分离时刻卫星相对于火箭的发射系弹道变化量；弹道确定模块，用于将发射系弹道变化量通过弹道合成，计算得到星箭分离时刻卫星在发射系下的弹道，完成星箭分离时刻卫星飞行状态的确定，位置变化量计算模块和速度变化量计算模块的输出结果是弹道变化量计算模块的输入，弹道变化量计算模块的输出是弹道确定模块的输入。2.根据权利要求1所述的通用的星箭分离时刻卫星飞行状态确定系统，其特征在于，所述位置变化量计算模块中根据卫星安装方式计算星箭分离时刻卫星相对于火箭的箭体系位置变化量具体为：卫星安装方式对星箭分离时刻卫星飞行状态的影响模型，即卫星相对于火箭的箭体系位置变化量BDX计算模型如下：其中，Install_Ay为在箭体横截面即YOZ面上箭体Y轴正向与卫星安装点与箭体中心的连线的夹角，逆时针为正；Install_Ax为在箭体纵截面即XOY面上箭体X轴正向与卫星轴向的夹角，逆时针为正；Install_x为卫星质点中心在箭体轴上的坐标；Install_r为卫星质点中心与箭体轴的距离；Mi[a](i＝1,2,3)为两个坐标系的方向余弦矩阵，表示第i轴平行，另外两个坐标轴的夹角相同，均为α。3.根据权利要求2所述的通用的星箭分离时刻卫星飞行状态确定系统，其特征在于，4.根据权利要求1所述的通用的星箭分离时刻卫星飞行状态确定系统，其特征在于，所述速度变化量计算模块根据星箭分离方式计算星箭分离时刻卫星相对于火箭的箭体系速度变化量具体为：星箭分离方式对星箭分离时刻卫星飞行状态的影响模型，即卫星在星箭分...

【专利技术属性】
技术研发人员：何京江，柴毅，魏志东，董继辉，郭茂耘，
申请(专利权)人：重庆大学，
类型：发明
国别省市：重庆,50