一种基于星-帆绳系系统的横截编队方法及装置制造方法及图纸

本申请公开了一种基于星‑帆绳系系统的横截编队方法及装置，星‑帆绳系系统包括主星和太阳帆，其中，主星和太阳帆通过金属导电绳连接，该方法包括：确定主星以及太阳帆的轨道参数，并根据轨道参数以及预设的星‑帆绳系系统质心的运动模型计算系统的运动参数；根据运动参数以及预设的星‑帆绳系系统绕质心的转动模型计算所述星‑帆绳系系统的姿态参数；在地球扁率J

【技术实现步骤摘要】
一种基于星-帆绳系系统的横截编队方法及装置
本申请涉及卫星编队
，尤其涉及一种基于星-帆绳系系统的横截编队方法及装置。
技术介绍
卫星编队是指多个卫星分布式协同工作的一个功能齐全的系统，与传统单个卫星相比，其具有大孔径、长测量基线以及能够实现单个卫星无法实现的功能等优点，而被广泛应用。在卫星编队飞行任务过程中，卫星间的相对基线并不是固定不变的，而是随之卫星的运动而不断变化，卫星编队的构型影响卫星的基线的参数，例如，基线的参数包括基线的长度，指向以及变化情况等，卫星的基线的参数不仅影响卫星的图像质量，还影响空间卫星干涉测量的精度。因此，如何实现卫星编队的构型对卫星的图像有着重要的影响。目前，常见的是基于太阳帆来实现卫星的横截编队，具体过程为：根据选定太阳同步轨道的高度以及降交点地方时确定太阳同步轨道，将太阳帆以主星的组合体发射至该太阳同步轨道，在太阳同步轨道通过弹射装置将太阳帆弹出，在太阳辐射压力的作用下，使得太阳帆进入与主星同频运动的非开普悬浮轨道，并确定太阳帆与主星所在的同步轨道卫星的距离，然后，根据该距离控制太阳帆运动，以使得太阳帆与主星保持稳定的相对基线，进行实现横截编队。即现有技术中，为了保持太阳帆与主星具有稳定的相对基线，以主星所在的同步轨道为基准来控制太阳帆运动，但是由于主星在太阳同步轨道运行过程中会受到大气阻力或者其他力，使得主星实际运行的同步轨道发生变化。因此，现有技术通过以主星所在的同步轨道为基准来控制太阳帆运动，导致横截编队的稳定性较差。
技术实现思路
本申请解决的技术问题是：针对现有技术中横截编队的稳定性较差问题，提供了一种基于星-帆绳系系统的横截编队方法及装置，本申请实施例所提供的方案中，通过星-帆绳系系统的姿态参数、运动参数来控制主星和太阳帆之间相对运动，避免通过以主星所在的同步轨道为基准来控制太阳帆运动，导致横截编队的稳定性较差的问题。第一方面，本申请实施例提供一种基于星-帆绳系系统的横截编队方法，所述星-帆绳系系统包括主星和太阳帆，其中，所述主星和所述太阳帆通过金属导电绳连接，该方法包括：确定所述主星以及所述太阳帆的轨道参数，并根据所述轨道参数以及预设的星-帆绳系系统质心的运动模型计算所述星-帆绳系系统的质心的运动参数；根据运动参数以及预设的星-帆绳系系统绕质心的转动模型计算所述星-帆绳系系统的姿态参数；在地球扁率J2摄动下且保持所述太阳帆与所述主星保持稳定相对基线的情况下，根据所述姿轨参数以及预设的理想的姿轨参数确定所述太阳帆的控制加速度；根据所述轨道参数、所述运动参数以及所述控制加速度控制所述太阳帆以及所述主星相对运动，实现横截编队。本申请实施例所提供的方案中，通过金属导电绳将太阳帆与主星连接形成星-帆绳系系统，在该星-帆绳系系统中确定主星以及太阳帆的轨道参数，并根据轨道参数确定所述星-帆绳系系统的质心的运动参数，并根据所述星-帆绳系系统绕质心的运动参数确定所述星-帆绳系系统的姿态参数，在地球扁率J2摄动下且保持所述太阳帆与所述主星保持稳定相对基线的情况下，根据所述轨道参数、所述运动参数以及所述控制加速度控制所述太阳帆以及所述主星相对运动，进而实现横截编队。因此，本申请实施例所提供的方案中，通过星-帆绳系系统的姿态参数、运动参数来控制主星和太阳帆之间相对运动，避免通过以主星所在的同步轨道为基准来控制太阳帆运动，导致横截编队的稳定性较差的问题。可选地，确定所述主星以及所述太阳帆的轨道参数，包括：根据输入的任务信息确定晨昏轨道高度以及降交点地方时，并根据所述晨昏轨道高度、所述降交点地方时以及所述J2计算所述主星的晨昏轨道参数；根据预设的绳长计算所述太阳帆在太阳辐射压力作用下，与所述主星同频运动的轨道所需的太阳辐射的加速度以及所述加速度与所述太阳帆的帆面法向的夹角。可选地，根据所述轨道参数以及预设的星-帆绳系系统质心的运动模型计算所述星-帆绳系系统的质心的运动参数，包括：在地心惯性坐标系下，根据所述轨道参数以及所述运动模型计算所述质心的加速度；根据所述加速度计算任意时刻所述质心在地心惯性坐标系下的位置以及速度。可选地，根据所述轨道参数以及所述运动模型计算所述质心的加速度，包括：根据如下公式计算所述加速度：其中，rb表示所述质心在地心惯性坐标系的位置矢量，rb＝[xbybzb]T；表示所述质心的加速度；μ表示归一化后的地球引力常数；Re表示地球半径；J2表示地球扁率摄动系数；μd表示太阳帆的重量占整个绳系系统的比重；Tci表示在地心惯性坐标系下的控制加速，Tci＝[TXTyTz]T；asi表示太阳辐射的加速度。可选地，根据运动参数以及预设的星-帆绳系系统绕质心的转动模型计算所述星-帆绳系系统的姿态参数，包括：在体坐标系下，根据如下公式计算体坐标系下的外力矩：其中，{M}b表示体坐标系下的外力矩；{J}b表示转动惯性矩阵；{J}b＝diag(Jx，Jy，Jz)，Jx＝0，m1表示所述主星的质量，m2表示所述太阳帆的质量，l1表示所述主星与所述质心之间的绳长，l2表示所述太阳帆与所述质心之间的绳长，l2＝l-l1，l表示所述主星与所述太阳帆之间的绳长；{ω}b表示体坐标系相对于地心惯性坐标系的转动角速度。根据所述外力矩通过如下公式计算所述姿态参数：{M}b＝Ry(-η2)·Rz(η1)·{M}i其中，{M}i＝[MxiMyiMzi]T；Ry表示y轴的旋转矩阵；Rz表示z轴旋转矩阵；η1表示相对位置矢量Δr在xi-yi平面上投影与xi轴之间的夹角，0≤η1≤2π；η2表示Δr与xi-yi平面之间的夹角，-π/2≤η2≤π/2。可选地，根据所述轨道参数、所述运动参数以及所述控制加速度控制所述太阳帆以及所述主星相对运动，包括：根据所述运动参数以及所述姿态参数分别计算所述太阳帆以及所述主星在地心惯性坐标系下的位置以及速度；确定将所述位置以及所述速度从所述地心惯性坐标系转换到主星轨道坐标系所对应转换矩阵；根据所述转换矩阵、所述轨道参数以及所述控制加速度确定出所述太阳帆以及所述主星之间的相对运动参数；根据所述相对运动参数控制所述太阳帆以及所述主星相对运动。可选地，根据所述运动参数以及所述姿态参数分别计算所述太阳帆以及所述主星在地心惯性坐标系下的位置以及速度，包括：通过如下公式计算所述位置以及所述速度：其中，rc表示主星在地心惯性坐标系的位置矢量；rd表示太阳帆在地心惯性坐标系的位置矢量；表示主星在地心惯性坐标系的速度矢量，表示太阳帆在地心惯性坐标系的速度矢量，可选地，确定将所述位置以及所述速度从所述地心惯性坐标系转换到主星轨道坐标系所对应转换矩阵，包括：根据如下公式确定所述转换矩阵：其中，L0i表示所述转换矩阵。可选地，根据所述转换矩阵、所述轨道参数以及所述控制加速度确定出所述太阳帆以及所述本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于星-帆绳系系统的横截编队方法，所述星-帆绳系系统包括主星和太阳帆，其中，所述主星和所述太阳帆通过金属导电绳连接，其特征在于，包括：/n确定所述主星以及所述太阳帆的轨道参数，并根据所述轨道参数以及预设的星-帆绳系系统质心的运动模型计算所述星-帆绳系系统的质心的运动参数；/n根据运动参数以及预设的星-帆绳系系统绕质心的转动模型计算所述星-帆绳系系统的姿态参数；/n在地球扁率J

【技术特征摘要】
1.一种基于星-帆绳系系统的横截编队方法，所述星-帆绳系系统包括主星和太阳帆，其中，所述主星和所述太阳帆通过金属导电绳连接，其特征在于，包括：
确定所述主星以及所述太阳帆的轨道参数，并根据所述轨道参数以及预设的星-帆绳系系统质心的运动模型计算所述星-帆绳系系统的质心的运动参数；
根据运动参数以及预设的星-帆绳系系统绕质心的转动模型计算所述星-帆绳系系统的姿态参数；
在地球扁率J2摄动下且保持所述太阳帆与所述主星保持稳定相对基线的情况下，根据所述姿轨参数以及预设的理想的姿轨参数确定所述太阳帆的控制加速度；
根据所述轨道参数、所述运动参数以及所述控制加速度控制所述太阳帆以及所述主星相对运动，实现横截编队。


2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，确定所述主星以及所述太阳帆的轨道参数，包括：
根据输入的任务信息确定晨昏轨道高度以及降交点地方时，并根据所述晨昏轨道高度、所述降交点地方时以及所述J2计算所述主星的晨昏轨道参数；
根据预设的绳长计算所述太阳帆在太阳辐射压力作用下，与所述主星同频运动的轨道所需的太阳辐射的加速度以及所述加速度与所述太阳帆的帆面法向的夹角。


3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述轨道参数以及预设的星-帆绳系系统质心的运动模型计算所述星-帆绳系系统的质心的运动参数，包括：
在地心惯性坐标系下，根据所述轨道参数以及所述运动模型计算所述质心的加速度；
根据所述加速度计算任意时刻所述质心在地心惯性坐标系下的位置以及速度。


4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述轨道参数以及所述运动模型计算所述质心的加速度，包括：
根据如下公式计算所述加速度：



其中，rb表示所述质心在地心惯性坐标系的位置矢量，rb＝[xbybzb]T；表示所述质心的加速度；μ表示归一化后的地球引力常数；Re表示地球半径；J2表示地球扁率摄动系数；μd表示太阳帆的重量占整个绳系系统的比重；Tci表示在地心惯性坐标系下的控制加速，Tci＝[TXTyTz]T；asi表示太阳辐射的加速度。


5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据运动参数以及预设的星-帆绳系系统绕质心的转动模型计算所述星-帆绳系系统的姿态参数，包括：
在体坐标系下，根据如下公式计算体坐标系下的外力矩：



其中，{M}b表示体坐标系下的外力矩；{J}b表示转动惯性矩阵；{J}b＝diag(Jx，Jy，Jz)，Jx＝0，m1表示所述主星的质量，m2表示所述太阳帆的质量，l1表示所述主星与所述质心之间的绳长，l2表示所述太阳帆与所述质心之间的绳长，l2＝l-l1，l表示所述主星与所述太阳帆之间的绳长；{ω}b表示体坐标系相对于地心惯性坐标系的转动角速度；
根据所述外力矩通过如下公式计算所述姿态参数：
{M}b＝Ry(-η2)·Rz(η1)·{M}i
其中，{M}i＝[MxiMyiMzi]T；Ry表示y轴的旋转矩阵；Rz表示z轴旋转...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐明，潘晓，左小玉，陈琳，郭东辉，李庆龙，刘轶，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11