一种适用地球同步卫星定点控制规划的解析计算方法技术

本发明专利技术一种适用地球同步卫星定点控制规划的解析计算方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、建立定点捕获轨道控制模型，确定控制目标变量和设计变量；步骤2、根据定点捕获轨道控制模型建立定点捕获控制终端约束模型；步骤3、根据定点捕获轨道控制模型和定点捕获控制终端约束模型确定三脉冲约束模型，并计算得到三脉冲的大小及其控制时机；步骤4、利用摄动迭代法确定全摄动条件下满足终端条件的三脉冲控制参数。本发明专利技术通过定点捕获轨道控制模型与定点捕获控制终端约束模型建立三脉冲约束模型，通过三种情况即可涵盖所有定点捕获控制可能出现的工况，迭代过程简单，2～3次即可收敛到目标值，过程简单，计算量小。计算量小。计算量小。

【技术实现步骤摘要】
一种适用地球同步卫星定点控制规划的解析计算方法


[0001]本专利技术属于卫星导航信息处理
，涉及一种适用地球同步卫星定点控制规划的解析计算方法。

技术介绍

[0002]地球同步轨道卫星在进入工作轨道之前需要进行定点捕获控制，要求轨道高度、轨道偏心率大小和方向、定点位置均满足需求，其本质上属于平面内三脉冲轨道转移问题。定点捕获控制到底有几次，分别在什么时间进行，控制次数和控制时机能否进行调整，了解和把握后续控制的分布情况，可以使任务人员对后续工作进行合理的安排。定点捕获控制的基本思路为：在现有的经度偏差内，在恰当的轨道位置上，设置卫星经度漂移率，在卫星向定点位置漂移的过程中，对其进行若干次轨道控制，当漂至定点位置时，经度漂移率、偏心率、平经度差均满足捕获完成指标的要求。现有的定点捕获控制算法复杂，涉及多种工况，本专利技术提出一种解析且计算量小的定点捕获控制算法，便于工程实施。

技术实现思路

[0003]本专利技术目的在于提供一种适用地球同步卫星定点控制规划的解析计算方法，以解决现有同步卫星定点控制规划的解析计算方法过程繁琐、计算量过大的技术问题。
[0004]本专利技术所采用的技术方案是：一种适用地球同步卫星定点控制规划的解析计算方法，具体按照以下步骤实施：
[0005]步骤1、建立定点捕获轨道控制模型，确定控制目标变量和设计变量；
[0006]步骤2、根据定点捕获轨道控制模型建立定点捕获控制终端约束模型；
[0007]步骤3、根据定点捕获轨道控制模型和定点捕获控制终端约束模型确定三脉冲约束模型，并计算得到三脉冲的大小及其控制时机；
[0008]步骤4、利用摄动迭代法确定全摄动条件下满足终端条件的三脉冲控制参数。
[0009]本专利技术的特点还在于，
[0010]步骤1中定点捕获轨道控制模型具体计算公式如下：
[0011][0012][0013]其中，Δv为切向控制脉冲，a
s
＝42165.7km，V
s
＝3074.6m/s分别为卫星参考轨道的半长轴和速度，l＝Ω+ω+M为卫星的平赤经，Δa、Δλ、Δe
x
、Δe
y
分别为脉冲控制作用下的轨道变化量，即半长轴、平经度、偏心率矢量变化量，下标0和f分别代表变轨前后的状态。
[0014]步骤1中目标变量为脉冲控制作用下的轨道半长轴a、平经度λ、偏心率矢量e
x
和e
y
，设计变量为三次切向脉冲Δv1、Δv2、Δv3和第一次脉冲控制位置的平赤经l1，定义x＝[Δv
1 Δv
2 Δv
3 l1]T
。
[0015]步骤2中定点捕获控制终端约束模型的计算公式如下：
[0016][0017]三次切向脉冲第二次、第三次脉冲控制位置的平赤经l2和l3分别为：
[0018][0019]其中，m＝1或2，n＝1或2，表示间隔半天或者1天，k＝0，1，2
…
表示额外的间隔整数天。
[0020]步骤3三脉冲约束模型的计算公式如下：
[0021][0022][0023][0024][0025]其中，Δt2为第一次脉冲与第三次脉冲的时间间隔，Δt3为第二次脉冲与第三次脉冲的时间间隔。
[0026]第一次脉冲控制位置的平赤经l1由公式(4)、(7)和(8)得：
[0027][0028]其中，
[0029]进一步计算，第一次脉冲作用时刻与初始时刻的时间间隔：
[0030][0031]其中，l0为初始时刻的平赤经，T
s
为一个恒星日。
[0032]三次切向脉冲Δv1、Δv2、Δv3由公式(4)～(11)组合求解得到。
[0033]步骤4的具体过程为：
[0034]步骤1～3所述算法是基于二体模型的近似解析解，对二体计算结果进行修正，利用摄动迭代可以获得摄动条件下满足终端条件的三脉冲控制参数，基于全摄动模型将状态变量的初始值a0，λ0，e0，Ω0，ω0外推Δt，得到一组受摄的状态变量a
′0，λ
′0，e
′0，Ω
′0，ω
′0，与状态变量的目标值a
f
，λ
f
，e
f
，Ω
f
，ω
f
进行比对，得到状态偏差：
[0035][0036]再执行步骤3，根据需要选择具体的情况，计算相应的控制时机和控制量，迭代2～3次得到满足指标要求的解，其中首次迭代时取Δt＝Δt2。
[0037]本专利技术的有益效果是：本专利技术的一种适用地球同步卫星定点控制规划的解析计算方法通过定点捕获轨道控制模型与定点捕获控制终端约束模型建立三脉冲约束模型，通过三种情况即可涵盖所有定点捕获控制可能出现的工况，捕获控制三脉冲具有简明的解析解，迭代过程简单，2～3次即可收敛到目标值，过程简单，计算量小。
附图说明
[0038]图1为本专利技术的一种适用地球同步卫星定点控制规划的解析计算方法的控制流程图；
[0039]图2为本专利技术的一种适用地球同步卫星定点控制规划的解析计算方法的定点捕获控制时序图。
具体实施方式
[0040]下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。
[0041]本专利技术一种适用地球同步卫星定点控制规划的解析计算方法是这样实现的，首先根据定点捕获轨道控制模型，建立定点捕获控制终端约束模型，确定三脉冲的控制时机约束模型和脉冲大小约束模型，然后根据控制脉冲的时间间隔分三种情况求解三脉冲的大小及其控制时机，最后利用摄动迭代确定全摄动条件下满足终端条件的三脉冲控制参数，如图1至图2所示，具体按照以下步骤实施：
[0042]步骤1、建立定点捕获轨道控制模型，确定控制目标变量和设计变量，定点捕获轨道控制模型如下：
[0043][0044]这是平面内脉冲推力控制方程，其中，Δv为切向控制脉冲，a
s
＝42165.7km，V
s
＝3074.6m/s分别为卫星参考轨道的半长轴和速度，l＝Ω+ω+M为卫星的平赤经，Δa、Δλ、Δe
x
、Δe
y
分别为脉冲控制作用下的轨道变化量，即半长轴、平经度、偏心率矢量变化量，Δa、Δλ、Δe
x
、Δe
y
的计算公式如下：
[0045][0046]其中，下标0和f分别代表变轨前后的状态。轨道偏心率矢量的方向指向近地点，大小是偏心率。对卫星进行拱点控制时，仅改变偏心率的大小；当在非拱点控制时，不仅改变偏心率的大小，也改变了偏心率的方向。定点捕获本质上属于平面内三脉冲轨道转移问题，根据定点捕获控制要求，控制目标包含a、λ、e
x
和e
y
四个变量。考虑三次变轨控制，分别选取三次切向脉冲Δv1、Δv2、Δv3和第一次脉冲控制位置的平赤经l1作为设计变量，定义x本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用地球同步卫星定点控制规划的解析计算方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、建立定点捕获轨道控制模型，确定控制目标变量和设计变量；步骤2、根据定点捕获轨道控制模型建立定点捕获控制终端约束模型；步骤3、根据定点捕获轨道控制模型和定点捕获控制终端约束模型确定三脉冲约束模型，并计算得到第一次脉冲作用时刻与初始时刻的时间间隔Δt1、第一次脉冲与第三次脉冲的时间间隔Δt2、第二次脉冲与第三次脉冲的时间间隔Δt3、第一次切向脉冲Δv1、第二次切向脉冲Δv2、第三次切向脉冲Δv3；步骤4、根据计算第一次脉冲作用时刻与初始时刻的时间间隔Δt1、第一次脉冲与第三次脉冲的时间间隔Δt2、第二次脉冲与第三次脉冲的时间间隔Δt3、第一次切向脉冲Δv1、第二次切向脉冲Δv2、第三次切向脉冲Δv3的过程，利用摄动迭代法确定全摄动条件下满足终端条件的三脉冲控制参数。2.根据权利要求1所述的一种适用地球同步卫星定点控制规划的解析计算方法，其特征在于，所述步骤1中定点捕获轨道控制模型具体计算公式如下：征在于，所述步骤1中定点捕获轨道控制模型具体计算公式如下：其中，Δv为切向控制脉冲，a
s
＝42165.7km，V
s
＝3074.6m/s分别为卫星参考轨道的半长轴和速度，l＝Ω+ω+M为卫星的平赤经，Δa、Δλ、Δe
x
、Δe
y
分别为脉冲控制作用下的轨道变化量，即半长轴、平经度、偏心率矢量x轴、偏心率矢量y轴变化量，下标0和f分别代表变轨前后的状态。3.根据权利要求2所述的一种适用地球同步卫星定点控制规划的解析计算方法，其特征在于，所述步骤1中目标变量为脉冲控制作用下的轨道半长轴a、平经度λ、偏心率矢量e
x
和e
y
，设计变量为三次切向脉冲Δv1、Δv2、Δv3和第一次脉冲控制位置的平赤经l1，定义x＝[Δv
1 Δv
2 Δv
3 l1]
T
。4.根据权利要求3所述的一种适用地球同步卫星定点控制规划的解析计算方法，...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈红新，曹静，蒯政中，李恒年，
申请(专利权)人：中国西安卫星测控中心，
类型：发明
国别省市：