一种低轨星座相位保持参数估计方法技术

一种低轨星座相位保持参数估计方法，属于卫星轨道控制技术领域。本发明专利技术通过不直接利用星载GNSS定轨输出的轨道半长轴测量值，利用较高精度的纬度幅角测量值间接估计轨道半长轴平根，取得了不提高现有GNSS接收机定轨精度，即可满足卫星星座维持对轨道半长轴的高精度要求，避免了在卫星上配置价格更高的双频GNSS接收机；本发明专利技术通过对相对纬度幅角测量值转换为平根后进行多项式拟合，再利用相对纬度幅角平根与轨道半长轴平根之间的变化关系，对轨道半长轴平根的变化趋势进行多项式拟合并计算出拟合系数，从而间接估计任意时刻的轨道半长轴平根，取得了半长轴平根精度优于1m，满足任意半长轴衰减速率情况下基于单边漂移环控制策略均能完成星座相位保持。

【技术实现步骤摘要】
一种低轨星座相位保持参数估计方法
本专利技术涉及一种低轨星座相位保持参数估计方法，属于卫星轨道控制

技术介绍
低轨星座在运行期间需要保持相对构型稳定，防止对地面的覆盖特性发生改变。受限于轨道确定精度和轨道控制精度，卫星在轨的初始轨道参数与设计参数存在偏差，导致卫星之间的相对轨道参数发生改变，将逐渐破坏星座的相对构型；此外卫星在长期运行过程中受到各种环境摄动力影响，如地球引力场摄动、日月引力摄动、天气阻力摄动以及光压摄动等，这些摄动力导致卫星的轨道参数发生变化，也将破坏星座的构型。因此在轨运行期间需要进行一系列的星座相位保持任务来保证星座构型满足设计要求，即要求卫星之间的相对纬度幅角及不同轨道面之间的相对升交点赤经维持在一定的设计范围内。同轨卫星间的相位保持策略一般以星座参考轨道作为相位保持目标，通过调整卫星相对参考轨道的半长轴平根，改变卫星相对参考轨道的相对轨道角速度，间接控制卫星相对参考轨道的相对纬度幅角平根，维持相对纬度幅角平根在一个预先设置的控制盒内，即任意时刻，相对纬度幅角平根始终不超过控制盒的边界(相对纬度幅角平根最大阈值)。当卫星相对参考轨道的半长轴平根控制的越精确，星座相位保持的周期越长，需要调整的半长轴平根越小，消耗的推进剂也越少。此外，为了降低运载成本，低轨星座一般采用一箭多星批量发射部署方案，因此卫星舱外布局非常紧凑，推力器往往只能在卫星的某一个舱板上安装，由于推力器在卫星长期在轨工作期间的主要任务是星座相位保持，在布局受限的情况下，推力器一般在卫星的-X面(规定在轨期间，卫星三轴对地定向情况下的+X面沿飞行速度方向)安装，推力沿+X方向输出，产生沿飞行方向的切向推力。为了在星座相位保持期间不影响星间链路和对地通信业务，同轨相位保持策略一般采取单边漂移环控制，卫星仅在相对参考轨道的相对纬度幅角平根到达控制盒右边界时调整半长轴，在半长轴受大气阻力作用下逐渐降低过程中，卫星的相对纬度幅角平根向控制盒左边界漂移到最小后会逐渐向控制盒右边界漂移，形成单边漂移环。由于太阳活动影响大气密度，半长轴的衰降速度也相应变化，当半长轴衰降速度较小时，卫星相对参考轨道的半长轴平根调整量过大则会导致卫星相对参考轨道的纬度幅角平根漂出控制盒左边界，导致同轨卫星间的相位保持精度变差。目前低轨星座卫星一般通过星载GNSS导航接收机实现星上自主定轨，轨道半长轴的测量误差均方根一般大于10m，如果直接根据该测量值计算半长轴平根调整量，极易发生相对纬度幅角超控制盒边界的情况，导致单边漂移环控制策略失效。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种低轨星座相位保持参数估计方法，通过相对纬度幅角测量值间接对轨道半长轴进行估计，可以将轨道半长轴平根的估计误差降低到1m以内，满足卫星基于单边漂移环控制策略进行星座相位保持的需要。本专利技术的技术解决方案是：一种低轨星座相位保持参数估计方法，包括如下步骤：确定星座参考轨道和星座相位保持参数；进行相对纬度幅角平根多项式拟合，获得相对参考轨道纬度幅角平根；计算相对半长轴平根多项式系数；估计相对半长轴平根偏差。进一步地，所述确定星座参考轨道，具体为：将低轨星座标称轨道半长轴平根作为参考轨道半长轴平根aR，参考轨道外推只考虑地球引力摄动，外推任意时间t，轨道纬度幅角平根为uR(t)，轨道半长轴平根均值维持不变，即进一步地，确定星座相位保持参数，具体为：对于卫星受地球引力摄动、日月三体引力、大气阻力摄动、光压摄动的实际运行轨道，其轨道纬度幅角平根为u(t)，定义其相对参考轨道纬度幅角平根为：Δu(t)＝u(t)-uR(t)；其轨道半长轴平根为a(t)，定义其相对参考轨道半长轴平根为Δa(t)＝a(t)-aR。进一步地，所述进行相对纬度幅角平根多项式拟合的方法为：在无轨控情况下，通过GNSS定轨获得卫星的瞬时轨道参数，利用瞬时轨道参数和平均轨道参数的转换计算卫星的纬度幅角平根u(t)，利用Δu(t)＝u(t)-uR(t)计算相对参考轨道纬度幅角平根Δu(t)；将相对参考轨道纬度幅角平根Δu(t)用三次多项式近似为Δu(t)≈ku0+ku1(t-t0)+ku2(t-t0)2+ku3(t-t0)3；t0无轨控的起始时刻，ku0、ku1、ku2、ku3为系数。进一步地，所述计算相对半长轴平根多项式系数，包括如下步骤：将相对参考轨道半长轴平根Δa(t)用二次多项式近似为其中，t0为无轨控的起始时刻；根据参考轨道半长轴平根aR和计算出系数Ka；其中，μ为地心引力系数；利用计算系数Δa(t0)、和进一步地，所述估计相对半长轴平根偏差，具体为：由确定的计算出无轨控的起始时刻t0到无轨控的结束时刻tf之间任意时刻的相对参考轨道半长轴平根Δa(t)的估计值。一种低轨星座相位保持参数估计系统，包括：第一模块，确定星座参考轨道和星座相位保持参数；第二模块，进行相对纬度幅角平根多项式拟合，获得相对参考轨道纬度幅角平根；第三模块，计算相对半长轴平根多项式系数；第四模块，估计相对半长轴平根偏差。进一步地，所述确定星座参考轨道，具体为：将低轨星座标称轨道半长轴平根作为参考轨道半长轴平根aR，参考轨道外推只考虑地球引力摄动，外推任意时间t，轨道纬度幅角平根为uR(t)，轨道半长轴平根均值维持不变，即进一步地，确定星座相位保持参数，具体为：对于卫星受地球引力摄动、日月三体引力、大气阻力摄动、光压摄动的实际运行轨道，其轨道纬度幅角平根为u(t)，定义其相对参考轨道纬度幅角平根为：Δu(t)＝u(t)-uR(t)；其轨道半长轴平根为a(t)，定义其相对参考轨道半长轴平根为Δa(t)＝a(t)-aR；进一步地，所述进行相对纬度幅角平根多项式拟合的方法为：在无轨控情况下，通过GNSS定轨获得卫星的瞬时轨道参数，利用瞬时轨道参数和平均轨道参数的转换计算卫星的纬度幅角平根u(t)，利用Δu(t)＝u(t)-uR(t)计算相对参考轨道纬度幅角平根Δu(t)；将相对参考轨道纬度幅角平根Δu(t)用三次多项式近似为Δu(t)≈ku0+ku1(t-t0)+ku2(t-t0)2+ku3(t-t0)3；t0无轨控的起始时刻，ku0、ku1、ku2、ku3为系数；进一步地，所述计算相对半长轴平根多项式系数，包括如下步骤：将相对参考轨道半长轴平根Δa(t)用二次多项式近似为其中，t0为无轨控的起始时刻；根据参考轨道半长轴平根aR和计算出系数Ka；其中，μ为地心引力系数；利用计算系数Δa(t0)、和所述估计相对半长轴平根偏差，具体为：由确定的计算出无轨控的起始时刻t0到无轨控的结束时刻tf之间任意时刻的相对参考轨道半长轴平根Δa(t)的估计值。一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现所述一种低轨星座相位保持参数估计方法的步骤。一种低轨星座相位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低轨星座相位保持参数估计方法，其特征在于，包括如下步骤：/n确定星座参考轨道和星座相位保持参数；/n进行相对纬度幅角平根多项式拟合，获得相对参考轨道纬度幅角平根；/n计算相对半长轴平根多项式系数；/n估计相对半长轴平根偏差。/n

【技术特征摘要】
1.一种低轨星座相位保持参数估计方法，其特征在于，包括如下步骤：
确定星座参考轨道和星座相位保持参数；
进行相对纬度幅角平根多项式拟合，获得相对参考轨道纬度幅角平根；
计算相对半长轴平根多项式系数；
估计相对半长轴平根偏差。


2.根据权利要求1所述的一种低轨星座相位保持参数估计方法，其特征在于，所述确定星座参考轨道，具体为：将低轨星座标称轨道半长轴平根作为参考轨道半长轴平根aR，参考轨道外推只考虑地球引力摄动，外推任意时间t，轨道纬度幅角平根为uR(t)，轨道半长轴平根均值维持不变，即


3.根据权利要求2所述的一种低轨星座相位保持参数估计方法，其特征在于，确定星座相位保持参数，具体为：对于卫星受地球引力摄动、日月三体引力、大气阻力摄动、光压摄动的实际运行轨道，其轨道纬度幅角平根为u(t)，定义其相对参考轨道纬度幅角平根为：Δu(t)＝u(t)-uR(t)；其轨道半长轴平根为a(t)，定义其相对参考轨道半长轴平根为Δa(t)＝a(t)-aR。


4.根据权利要求1所述的一种低轨星座相位保持参数估计方法，其特征在于，所述进行相对纬度幅角平根多项式拟合的方法为：在无轨控情况下，通过GNSS定轨获得卫星的瞬时轨道参数，利用瞬时轨道参数和平均轨道参数的转换计算卫星的纬度幅角平根u(t)，利用Δu(t)＝u(t)-uR(t)计算相对参考轨道纬度幅角平根Δu(t)；将相对参考轨道纬度幅角平根Δu(t)用三次多项式近似为Δu(t)≈ku0+ku1(t-t0)+ku2(t-t0)2+ku3(t-t0)3；t0无轨控的起始时刻，ku0、ku1、ku2、ku3为系数。


5.根据权利要求4所述的一种低轨星座相位保持参数估计方法，其特征在于，所述计算相对半长轴平根多项式系数，包括如下步骤：
将相对参考轨道半长轴平根Δa(t)用二次多项式近似为其中，t0为无轨控的起始时刻；
根据参考轨道半长轴平根aR和计算出系数Ka；其中，μ为地心引力系数；
利用计算系数Δa(t0)、和


6.根据权利要求1所述的一种低轨星座相位保持参数估计方法，其特征在于，所述估计相对半长轴平根偏差，具体为：由确定的计算出无轨控的起始时刻t0到无轨控的结束时刻tf之间任意时刻的相对参考轨道半长轴平根Δa(t)的估计值。


7.一种低轨星座相位保持参数估计系统，其...

【专利技术属性】
技术研发人员：李新刚，裴胜伟，齐彧，黄华，佟金成，侯凤龙，
申请(专利权)人：中国空间技术研究院，
类型：发明
国别省市：北京;11