一种静止轨道卫星分散式闭环自主位置保持控制方法技术

本发明专利技术设计了一种静止轨道卫星分散式闭环自主位置保持控制方法，将传统集中式位保控制量分散到每天执行，利用脉冲推力消除每天的摄动变化量，进一步结合偏差闭环反馈控制作用，通过平经度、偏心率和轨道倾角联合控制，能够将卫星位置始终维持在一个精确范围内，东西方向控制精度优于±0.05°，南北方向控制精度优于±0.01°。

A decentralized closed-loop autonomous position keeping control method for geostationary orbit satellite

【技术实现步骤摘要】
一种静止轨道卫星分散式闭环自主位置保持控制方法
本专利技术属于航天器自主轨道控制领域，涉及一种静止轨道卫星分散式闭环自主位置保持控制方法，用于实现星上自主高精度轨道控制。
技术介绍
随着我国卫星应用领域不断扩大，在轨运行卫星数量急剧增加，传统依靠地面测控中心进行卫星日常管理模式已日益不能适应发展需求,必须实现卫星智能自主运行。自主运行是指在不依赖地面站支持的条件下，卫星完全利用自身的软硬件设备自主完成飞行任务要求的各项功能和操作，其中姿态和轨道自主控制是实现卫星自主运行的关键所在。当前卫星姿态控制已经由星上自主完成，但是大多数卫星还是依靠地面站进行轨道测量和控制，仅极少数卫星具备星上自主轨道控制功能。星上现有自主轨道控制方法参考地面集中式位保管理方式，当卫星位置到达保持环边界时，由星上自主计算位保控制量，并选择恰当的控制时刻，自主实施位保操作，其中平经度控制采用单边极限环方式，偏心率控制采用双脉冲策略，轨道倾角控制目标为零。根据卫星定点位置摄动加速度和位置保持环大小，通常东西位保控制周期为1至3周，南北位保控制周期为1个月左右。考虑导航本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种静止轨道卫星分散式闭环自主位置保持控制方法，其特征在于步骤如下：/n(1)进行平经度控制，包括：/n(1.1)调整卫星半长轴至标称静止轨道高度，以抵消地球非球形引力和日月引力摄动引起的平经度长期漂移；/n(1.2)采用分散式闭环自主东西位置保持控制方法，每天通过脉冲推力消除平经度摄动变化量，以及经度偏离定点位置的平经度闭环控制量；/n(1.3)选取平经度控制时刻，确定平经度控制所需的速度增量和控制弧段长度：每天在近地点或远地点附近进行一次东西位置保持控制，控制时刻选取在近地点或远地点附近，采用平经度与偏心率联合控制方式；/n(2)进行偏心率控制，包括：/n(2.1)根据每天偏心率摄动变...

【技术特征摘要】
1.一种静止轨道卫星分散式闭环自主位置保持控制方法，其特征在于步骤如下：
(1)进行平经度控制，包括：
(1.1)调整卫星半长轴至标称静止轨道高度，以抵消地球非球形引力和日月引力摄动引起的平经度长期漂移；
(1.2)采用分散式闭环自主东西位置保持控制方法，每天通过脉冲推力消除平经度摄动变化量，以及经度偏离定点位置的平经度闭环控制量；
(1.3)选取平经度控制时刻，确定平经度控制所需的速度增量和控制弧段长度：每天在近地点或远地点附近进行一次东西位置保持控制，控制时刻选取在近地点或远地点附近，采用平经度与偏心率联合控制方式；
(2)进行偏心率控制，包括：
(2.1)根据每天偏心率摄动变化量和平经度控制引起的偏心率变化量之间的关系进行施加偏心率控制的启控条件判断；
(2.2)计算偏心率摄动控制量、偏心率闭环控制量以及偏心率控制所需的总速度增量；
(2.3)选取偏心率控制时刻；
(3)进行轨道倾角控制，包括：
(3.1)倾角摄动控制量计算：采用分散式闭环自主南北位置保持控制方法，每天通过脉冲推力消除轨道倾角长期和长周期摄动变化量，最终获得每天轨道倾角摄动控制量；
(3.2)计算倾角偏离目标位置的倾角闭环控制量；
(3.3)选取倾角控制时刻：确定轨道倾角控制所需的速度增量以及控制弧段长度。


2.根据权利要求1所述的一种静止轨道卫星分散式闭环自主位置保持控制方法，其特征在于：步骤(1.1)中标称静止轨道高度对应的卫星半长轴大小为42165.795km；
平经度摄动变化量计算公式为：



式中为平经度摄动加速度，与卫星定点位置相关；ΔTday＝1(day)表示计算一天内变化量；
平经度闭环控制量计算公式为：



式中λ为当前位置地理经度，λs为目标定点位置地理经度，Kpλ为经度闭环反馈控制系数。


3.根据权利要求2所述的一种静止轨道卫星分散式闭环自主位置保持控制方法，其特征在于：平经度控制所需的速度增量计算公式为：



式中ωe＝360.9856(°/day)＝7.2921×10-5(rad/s)为地球自转角速度，Vs＝3074.7(m/s)为标称静止轨道速度；
平经度控制所需的控制弧段长度为：



式中Msat(kg)为卫星当前质量，FEW(N)为东西方向有效推力，Wpulse(s)为控制脉宽长度，Ppulse(s)为脉冲控制周期。


4.根据权利要求3所述的一种静止轨道卫星分散式闭环自主位置保持控制方法，其特征在于：
(a)当ΔVT<0时，则在近地点附近进行向西位保，启控时刻对应真近点角为：



(b)当ΔVT>0时，则在远地点附近进行向东位保，启控时刻对应真近点角为：





5.根据权利要求3所述的一种静止轨道卫星分散式闭环自主位置保持控制方法，其特征在于：步骤(2.1)中偏心率摄动变...

【专利技术属性】
技术研发人员：常建松，刘新彦，郭建新，谢军，韩冬，范炜，王浩，王玉峰，
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