摄动轨道机动瞄准方法和装置制造方法及图纸

本申请涉及摄动轨道机动瞄准方法和装置，所述方法包括步骤：根据建立的微分代数摄动轨道递推模型，提取得到航天器机动终端位置关于初始速度的高阶状态转移多项式；根据高阶状态转移多项式，建立微分代数反向映射摄动兰伯特模型；根据微分代数反向映射摄动兰伯特模型，建立微分代数同伦迭代摄动兰伯特模型；获取航天器的初始速度预测数据，输入微分代数同伦迭代摄动兰伯特模型进行求解，得到初始速度预测数据对应的摄动兰伯特解；根据摄动兰伯特解控制航天器进行摄动轨道机动瞄准。通过采用上述方案，可适应任意摄动模型，适用性较强且轨道求解效率高。求解效率高。求解效率高。

【技术实现步骤摘要】
摄动轨道机动瞄准方法和装置


[0001]本申请涉及航天器轨道机动与空间操控
，特别是涉及一种摄动轨道机动瞄准方法和装置。

技术介绍

[0002]航天器在进行交会对接、在轨维修、碎片清除和编队重构等任务的过程中，都需要进行轨道机动以转移到特定的位置。目前大多数航天器的轨道机动可以视为脉冲机动，对兰伯特问题进行求解可以得到所需的机动。在二体假设下，已经有比较成熟的兰伯特问题求解算法。由于航天器的实际飞行总是受到各种摄动因素的影响，若忽视这些影响仍按二体假设的解施加机动，则会使得实际轨道偏离预期的位置，导致空间操作任务失败。
[0003]对于摄动情况下的兰伯特问题求解，目前已有一些方法被先后提出。在获取二体轨道状态转移矩阵的基础上，有学者提出了采用微分修正的方法求解摄动兰伯特的解。另外，若不使用二体轨道转移矩阵，采用数值微分技术构造微分修正矩阵，则使用牛顿迭代方法也可对该问题进行求解处理。然而，在实现本专利技术过程中，专利技术人发现该方法在轨道转移时间较长的情况下收敛性较差，存在着适用性较差的技术问题。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种适用性较强的摄动轨道机动瞄准方法、一种摄动轨道机动瞄准装置、一种计算机设备以及一种计算机可读存储介质。
[0005]为了实现上述目的，本专利技术实施例采用以下技术方案：
[0006]一方面，本专利技术实施例提供一种摄动轨道机动瞄准方法，包括步骤：
[0007]根据建立的微分代数摄动轨道递推模型，提取得到航天器机动终端位置关于初始速度的高阶状态转移多项式；
[0008]根据高阶状态转移多项式，建立微分代数反向映射摄动兰伯特模型；
[0009]根据微分代数反向映射摄动兰伯特模型，建立微分代数同伦迭代摄动兰伯特模型；
[0010]获取航天器的初始速度预测数据，输入微分代数同伦迭代摄动兰伯特模型进行求解，得到初始速度预测数据对应的摄动兰伯特解；
[0011]根据摄动兰伯特解控制航天器进行摄动轨道机动瞄准。
[0012]另一方面，还提供一种摄动轨道机动瞄准装置，包括：
[0013]多项式处理模块，用于根据建立的微分代数摄动轨道递推模型，提取得到航天器机动终端位置关于初始速度的高阶状态转移多项式；
[0014]映射模型模块，用于根据高阶状态转移多项式，建立微分代数反向映射摄动兰伯特模型；
[0015]同伦模型模块，用于根据微分代数反向映射摄动兰伯特模型，建立微分代数同伦迭代摄动兰伯特模型；
[0016]求解处理模块，用于获取航天器的初始速度预测数据，输入微分代数同伦迭代摄动兰伯特模型进行求解，得到初始速度预测数据对应的摄动兰伯特解；
[0017]机动瞄准模块，用于根据摄动兰伯特解控制航天器进行摄动轨道机动瞄准。
[0018]又一方面，还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器存储有计算机程序，处理器执行计算机程序时实现上述摄动轨道机动瞄准方法的步骤。
[0019]再一方面，还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现上述摄动轨道机动瞄准方法的步骤。
[0020]上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点和有益效果：
[0021]上述摄动轨道机动瞄准方法和装置，通过运用建立的微分代数摄动轨道递推模型获取终端位置关于初始速度的高阶状态转移多项式，然后基于多项式逆运算建立微分代数反向映射摄动兰伯特模型，进而基于该微分代数反向映射摄动兰伯特模型，建立微分代数同伦迭代摄动兰伯特模型，最终将给出的一个或多个初始速度预测值，输入微分代数同伦迭代摄动兰伯特模型进行求解，得到对应的摄动兰伯特解，实现航天器的摄动轨道机动瞄准。上述方案可适应任意摄动模型，可求解单圈和多圈、顺行和逆行轨道解；而且在更换轨道动力学模型时，只需替换轨道运动微分方程，无需人工推导各处理步骤的公式即可自动求解得到相应的摄动兰伯特解，适用性较强且求解效率高。
附图说明
[0022]图1为一个实施例中摄动轨道机动瞄准方法的流程示意图；
[0023]图2为一个实施例中微分代数反向映射摄动兰伯特模型的处理流程示意图；
[0024]图3为另一个实施例中微分代数反向映射摄动兰伯特模型的处理流程示意图；
[0025]图4为一个实施例中微分代数同伦迭代摄动兰伯特模型的处理流程示意图；
[0026]图5为一个实施例中航天器在施加第一个摄动解后的飞行轨迹示意图；
[0027]图6为一个实施例中第一个摄动解后迭代步骤的终端位置示意图；
[0028]图7为一个实施例中摄动轨道机动瞄准装置的模块结构示意图。
具体实施方式
[0029]为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。
[0030]除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的
的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
[0031]在本申请中，在采用微分修正的方法求解摄动兰伯特的解的传统技术基础上提出的新型同伦迭代方法，有效改善了算法的收敛性，可以用于解决航天器长转移时间轨道交会的相关问题。微分代数技术是一种在计算机环境下自动计算任意函数关于自变量的高阶偏导数，可以对非线性系统进行任意阶次的泰勒展开，进而得到系统的高阶状态转移多项式。此种方法适用性强，对于不同的动力学模型无需进行人工推导。
[0032]在本申请中，上述技术问题可以描述为在摄动环境中，给定航天器在初始时刻的位置r1，要求航天器在经过一段时间t的飞行后，到达目标位置r2，求解航天器在初始时刻应具备的速度v。本专利技术实施例提供了以下技术方案：
[0033]请参阅图1，在一个实施例中，本专利技术提供一种摄动轨道机动瞄准方法，包括如下步骤S12至S20：
[0034]S12，根据建立的微分代数摄动轨道递推模型，提取得到航天器机动终端位置关于初始速度的高阶状态转移多项式。
[0035]可以理解，微分代数摄动轨道递推模型为采用微分代数技术，对航天器的摄动轨道微分方程进行积分得到的算法模型，模型中以微分代数数的形式表示航天器的终端位置与速度。微分代数摄动轨道递推模型可以在进行瞄准应用前，例如但不限于利用计算机进行预先建立得到，或者从存储有该模型的数据服务器上加载获得，或者还可以在进行瞄准应用的过程中根据现场使用需要进行现场建立获得。
[0036]通过从微分代数摄动轨道递推模型中直接提取所需多项式的方式，即可得到需要的高阶状态转移多项式。为方便说明，在本说明书中可以将微分代数摄动轨道递推模型可以记为DA
‑
HPOP模型。
[0037本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种摄动轨道机动瞄准方法，其特征在于，包括步骤：根据建立的微分代数摄动轨道递推模型，提取得到航天器机动终端位置关于初始速度的高阶状态转移多项式；根据所述高阶状态转移多项式，建立微分代数反向映射摄动兰伯特模型；根据所述微分代数反向映射摄动兰伯特模型，建立微分代数同伦迭代摄动兰伯特模型；获取所述航天器的初始速度预测数据，输入所述微分代数同伦迭代摄动兰伯特模型进行求解，得到所述初始速度预测数据对应的摄动兰伯特解；根据所述摄动兰伯特解控制所述航天器进行摄动轨道机动瞄准。2.根据权利要求1所述的摄动轨道机动瞄准方法，其特征在于，所述微分代数摄动轨道递推模型通过如下步骤建立：获取所述航天器的摄动轨道微分方程，积分所需的位置初始值、速度初始值和积分时间长度；其中，所述位置初始值为所述航天器的初始位置矢量，所述速度初始值为所述航天器的初始速度对应的微分代数数，所述积分时间长度为所述航天器的飞行时间；对所述航天器的摄动轨道微分方程进行积分，以微分代数数表示的终端位置与速度，得到所述微分代数摄动轨道递推模型。3.根据权利要求2所述的摄动轨道机动瞄准方法，其特征在于，所述根据建立的微分代数摄动轨道递推模型，提取得到航天器机动终端位置关于初始速度的高阶状态转移多项式的步骤，包括：提取所述微分代数摄动轨道递推模型中以微分代数数表示的所述终端位置，得到所述终端位置关于初始速度的高阶状态转移多项式。4.根据权利要求1至3任一项所述的摄动轨道机动瞄准方法，其特征在于，所述根据所述高阶状态转移多项式，建立微分代数反向映射摄动兰伯特模型的步骤，包括：获取所述微分代数反向映射摄动兰伯特模型的映射输入参数；所述映射输入参数包括当前次迭代使用的初始速度预测值和终端位置；若当前次迭代次数未超过最大迭代次数，则将所述当前次迭代使用的初始速度预测值输入所述微分代数摄动轨道递推模型，得到当前次迭代的所述终端位置关于初始速度的高阶状态转移多项式和终端位置矢量；根据所述当前次迭代的终端位置矢量与当前次迭代使用的所述终端位置，计算得到当前次迭代的终端位置矢量误差；若当前次迭代的所述终端位置矢量误差的模小于终端误差容许门限，则停止迭代计算并返回计算成功标志。5.根据权利要求4所述的摄动轨道机动瞄准方法，其特征在于，所述根据所述高阶状态转移多项式，建立微分代数反向映射摄动兰伯特模型的步骤，还包括：若当前次迭代的所述终端位置矢量误差的模大于或等于终端误差容许门限，则将当前次迭代的所述终端位置关于初始速度的高阶状态转移多项式减去常数部分，得到当前次迭代的终端位置误差关于初始速度偏差的多项式映射；调用截断多项式逆运算规则对当前次迭代的所述多项式映射进行求逆运算，得到当前次迭代的所述初始速度偏差；
设定下一次迭代使用的初始速度预测值为当前次迭代使用的初始速度预测值与当前次迭代的所述初始速度偏差之和，返回执行所述获取所述微分代数反向映射摄动兰伯特模型的映射输入参数的步骤，进行下一次迭代。6.根据权利要求4所述的摄动轨道机动瞄准方法，其特征在于，所述根据所述高阶状态转移多项式，建立微分代数反向映射摄动兰伯特模型的步骤，还包括：若当前次迭代次数超过所述最大迭代次数，则停止迭代计算并返回计算失败标志。7.根据权利要求4所述的摄动轨道机动瞄准方法，其特征在于，所述根据所述微分代数反向映射摄动兰伯特模型，建立微分代数同伦迭代摄动兰伯特模型的步骤，包括：获取所...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗亚中，舒鹏，杨震，张进，周剑勇，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：