静止轨道卫星在轨自主地影计算方法及系统技术方案

本发明专利技术提供了一种静止轨道卫星在轨自主地影计算方法及系统，包括：步骤S1：根据太阳圆盘张角和地球圆盘张角计算地影区圆盘的半径；步骤S2：根据卫星定点位置星下点经度计算卫星午夜时刻相对于格林尼治时间的累计秒数；步骤S3：根据卫星午夜时刻相对于格林尼治时间的累计秒数，计算午夜时刻太阳高度角；步骤S4：根据地影区圆盘半径和午夜时刻的太阳高度角，计算地影期间太阳划过的角度；步骤S5：根据地影期间太阳划过的角度，计算卫星地影持续时间、卫星进出影时刻并进行地影区判断。本发明专利技术不依赖地面操控处理，在轨自主完成地影判断，避免由于地面系统漏报造成的卫星能源危机和安全问题。题。题。

【技术实现步骤摘要】
静止轨道卫星在轨自主地影计算方法及系统


[0001]本专利技术涉及空间飞行器总体技术和试验与测试技术，具体地，涉及一种静止轨道卫星在轨自主地影计算方法及系统。

技术介绍

[0002]卫星在轨绕地球运行期间，当地球位于太阳和卫星之间且三者正好处于一条直线时，地球就会挡住太阳射向卫星的光线，从而地球阴影会投射到卫星上形成地影，如附图1所示。由于卫星所在位置太阳受地球情况的不同，地影区可分为全影区、半影区及环影区，如附图1所示，图中A为全影区示意图，B为半影区示意图，C为环影区示意图。在静止轨道下，由于卫星
‑
地心之间的距离与太阳
‑
地心距离相比较小，卫星地影仅存在半影和全影。
[0003]卫星进出地影前后由于太阳光的突然消失和出现，会导致电源、太阳阵、热控、姿轨控、载荷等分系统工作环境改变，如不采取措施会造成整星安全性问题。历史上曾多次发生卫星由于地影影响而进入安全模式，从而暂停服务的异常现象。因此，现有在轨的很多卫星都加入了地影管理，并通过人工干预的方式控制卫星在地影期的自主控制动作以降低风险。但这种方式极大增加了地面操控人员的工作量，并且存在漏报和误操作等风险。
[0004]本专利技术方法面向工程实际，卫星不依赖地面操控处理，在轨自主完成地影判断，避免由于地面系统漏报造成的卫星能源危机和安全问题。此外，卫星在地影计算过程中，不依赖姿控系统提供轨道信息、不需进行复杂的太阳矢量计算、卫星矢量计算和日
‑
星
‑
地夹角计算，大大简化了计算流程、减少了计算量，可广泛应用于各类型地球静止轨道卫星。
[0005]专利文献CN104298647A(申请号：CN201410522091.5)，公开了一种基于低轨道地球卫星的地影时刻预报的星上确定方法，介绍了以轨道要素表征的变换矩阵作为信息输入，利用星载计算机中设置的时间节点、上注星历，获得上注星历精确预报卫星在每个时间节点上的地影时刻的方法，但未涉及静止轨道卫星星上自主地影计算相关内容。
[0006]贾向华，徐明，陈罗婧在宇航学报第37卷第1期(2016年1月)的文章《近地轨道卫星的地影预报算法》中，通过构造降维坐标系将卫星进出地影过程转换为“星
‑
地
‑
日”平面内的几何问题，依据实时轨道参数可精确预报卫星在每个节点上的地影时刻，并在任意两个节点之间采用解析算法进行近似预报，但未阐述静止轨道卫星星上自主地影计算相关内容。
[0007]朱兴鸿，苗园青，袁仕耿在飞行器测控学报第35卷第2期(2016年4月)的文章《低轨卫星月影事件预报优化》中，提出了基于太阳与白道面的位置关系和月影临界角对低轨卫星月影事件的优化预报方法，将月影预报频率从每月1次降低到每年2次，可以有效提高目前低轨卫星在轨管理时对月影事件预报的效率，简化了低轨卫星在轨运行管理的任务复杂度，但未阐述静止轨道卫星星上自主地影计算相关内容。

技术实现思路

[0008]针对现有技术中的缺陷，本专利技术的目的是提供一种静止轨道卫星在轨自主地影计
算方法及系统。
[0009]根据本专利技术提供的一种静止轨道卫星在轨自主地影计算方法，包括：
[0010]步骤S1：根据太阳圆盘张角和地球圆盘张角计算地影区圆盘的半径；
[0011]步骤S2：根据卫星定点位置星下点经度计算卫星午夜时刻相对于格林尼治时间的累计秒数；
[0012]步骤S3：根据卫星午夜时刻相对于格林尼治时间的累计秒数，计算午夜时刻太阳高度角；
[0013]步骤S4：根据地影区圆盘半径和午夜时刻的太阳高度角，计算地影期间太阳划过的角度；
[0014]步骤S5：根据地影期间太阳划过的角度，计算卫星地影持续时间、卫星进出影时刻并进行地影区判断。
[0015]优选地，所述步骤S1中地影区圆盘的半径包括：
[0016]太阳圆盘张角为由卫星定点位置看向太阳的圆盘张角，由于地心
‑
日心平均距离远大于卫星
‑
地心平均距离，在计算过程中将该张角简化为地心位置处的太阳圆盘张角，依据太阳平均半径R
sun
及地
‑
日平均距离R
se
计算当前卫星位置处的太阳半张角
[0017]地球圆盘张角为由卫星定点位置看向地球的圆盘张角，由于地球经圈半径与赤道半径相差极小可忽略不计，在计算过程中将地球简化为半径为6371.23km的球体；依据地球平均半径R
e
及星
‑
地平均距离R
ce
计算当前卫星位置处的地球半张角
[0018]地影区圆盘的半径A
se
＝A
sun
+A
eth
＝8.8591度。
[0019]优选地，所述步骤S2中卫星午夜时刻相对于格林尼治时间的累计秒数包括：
[0020]依据卫星定点位置星下点经度λ
sat
(单位：度)计算卫星相对于格林尼治时间的时间差Δt＝240λ
sat
秒；
[0021]在卫星定点位置午夜时刻，地心
‑
太阳矢量在地球赤道面内的投影、地心
‑
卫星矢量在地球赤道面内的投影之间的夹角为180
°
，即卫星星下点当地地方时为00:00:00，此时的格林尼治时间为：t
G
＝
‑
Δt；
[0022]计算卫星午夜时刻相对于格林尼治时间2000年1月1日12:00:00时刻的累积秒计数t0＝t
G0
+t
G
＝t
G0
‑
Δt。式中，t
G0
为格林尼治时间当日零点相对于格林尼治时间2000年1月1日12:00:00的累积秒计数。
[0023]优选地，所述步骤S3中午夜时刻的太阳高度角包括：
[0024]太阳高度角描述为地心
‑
太阳矢量与地球赤道面内之间的夹角，当太阳位于北半球上方时该角度为正，太阳位于南半球上方时该角度为负；春/秋分时刻太阳高度角变化最快(约0.5
°
/天)，整个地影持续时间内太阳高度角变化值<0.03
°
，若以午夜时刻太阳高度角作为整个地影期间太阳高度角，最大角度偏差<0.015
°
，对地影持续时间计算结果的影响可以忽略；
[0025]午夜时刻t0的太阳高度角：
[0026][0027]优选地，所述步骤S4中地影期间太阳划过的角度包括：
[0028]以卫星作为中心参考点，地影过程可以近似描述为太阳圆盘水平划过地影区圆盘，计算地影期间太阳划过的角度
[0029]优选地，所述步骤S5中卫星地影持续时间包括：
[0030]计算太阳圆盘划过地影区圆盘的角速度ω0＝360/86400＝0.004167
°<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种静止轨道卫星在轨自主地影计算方法，其特征在于，包括：步骤S1：根据太阳圆盘张角和地球圆盘张角计算地影区圆盘的半径；步骤S2：根据卫星定点位置星下点经度计算卫星午夜时刻相对于格林尼治时间的累计秒数；步骤S3：根据卫星午夜时刻相对于格林尼治时间的累计秒数，计算午夜时刻太阳高度角；步骤S4：根据地影区圆盘半径和午夜时刻的太阳高度角，计算地影期间太阳划过的角度；步骤S5：根据地影期间太阳划过的角度，计算卫星地影持续时间、卫星进出影时刻并进行地影区判断。2.根据权利要求1所述的静止轨道卫星在轨自主地影计算方法，其特征在于，在所述步骤S1中：太阳圆盘张角为由卫星定点位置看向太阳的圆盘张角，由于地心
‑
日心平均距离远大于卫星
‑
地心平均距离，在计算过程中将该张角简化为地心位置处的太阳圆盘张角，依据太阳平均半径R
sun
及地
‑
日平均距离R
se
计算当前卫星位置处的太阳半张角度；地球圆盘张角为由卫星定点位置看向地球的圆盘张角，由于地球经圈半径与赤道半径相差极小忽略不计，在计算过程中将地球简化为半径为6371.23km的球体；依据地球平均半径R
e
及星
‑
地平均距离R
ce
计算当前卫星位置处的地球半张角度；地影区圆盘的半径A
se
＝A
sun
+A
eth
＝8.8591度。3.根据权利要求1所述的静止轨道卫星在轨自主地影计算方法，其特征在于，在所述步骤S2中：依据卫星定点位置星下点经度λ
sat
，单位：度，计算卫星相对于格林尼治时间的时间差Δt＝240λ
sat
秒；在卫星定点位置午夜时刻，地心
‑
太阳矢量在地球赤道面内的投影、地心
‑
卫星矢量在地球赤道面内的投影之间的夹角为180
°
，即卫星星下点当地地方时为00:00:00，此时的格林尼治时间为：t
G
＝
‑
Δt；计算卫星午夜时刻相对于格林尼治时间2000年1月1日12:00:00时刻的累计秒数t0＝t
G0
+t
G
＝t
G0
‑
Δt；式中，t
G0
为格林尼治时间当日零点相对于格林尼治时间2000年1月1日12:00:00的累积秒计数。4.根据权利要求1所述的静止轨道卫星在轨自主地影计算方法，其特征在于，在所述步骤S3中：太阳高度角描述为地心
‑
太阳矢量与地球赤道面内之间的夹角，当太阳位于北半球上方时该角度为正，太阳位于南半球上方时该角度为负；春/秋分时刻太阳高度角变化最快，整个地影持续时间内太阳高度角变化值&lt;0.03
°
，若以午夜时刻太阳高度角作为整个地影期间太阳高度角，最大角度偏差&lt;0.015
°
，对地影持续时间计算结果的影响忽略；
午夜时刻t0的太阳高度角：β＝arcsin[sin(23.4366)cos(1.14079552584275
×
10
‑5t0‑
169.699038446726)]。5.根据权利要求1所述的静止轨道卫星在轨自主地影计算方法，其特征在于，在所述步骤S4中：以卫星作为中心参考点，地影过程近似描述为太阳圆盘水平划过地影区圆盘，计算地影期间太阳划过的角度6.根据权利要求1所述的静止轨道卫星在轨自主地影计算方法，其特征在于，在所述步骤S5中：计算太阳圆盘划过地影区圆盘的角速度ω0＝360/86400＝0.004167
°
/s；地影持续时间秒。7.根据权利要求1所述的静止轨道卫星在轨自主地影计算方法，其特征在于，在所述步骤S5中：卫星进地影时刻卫星出地影时刻8.根据权利要求1所述的静止轨道卫星在轨自主地影计算方法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：王皓，许海玉，李绿萍，边志强，曾擎，徐凯，
申请(专利权)人：上海卫星工程研究所，
类型：发明
国别省市：