一种同步轨道带星群多目标观测轨道面公共路径设计方法技术

本公开关于一种同步轨道带星群多目标观测轨道面公共路径设计方法，包括：获取同步轨道带星群n个目标星的轨道星历及观测卫星的初始轨道星历；建立观测卫星的观测轨道面公共路径模型，通过多个观测量形成观测卫星观测轨道面公共路径的目标函数模型式；建立预设迭代算法模型，遍历求解目标函数模型式的极值点；设立预设迭代算法模型的阈值ε(；当目标函数模型式的极值点小于或等于阈值ε(时，则停止运算，得到最优观测轨道面公共路径。本实施例中通过采用一次轨道面控制，建立不变观测面公共路径，在满足观测目标最多有效观测的同时，规避了节点单星多批次轨道面控制，极大节约了燃料消耗。料消耗。料消耗。

【技术实现步骤摘要】
一种同步轨道带星群多目标观测轨道面公共路径设计方法


[0001]本公开实施例涉及卫星观测
，尤其涉及一种同步轨道带星群多目标观测轨道面公共路径设计方法。

技术介绍

[0002]地球同步轨道带(简称GEO轨道带)是指地球赤道上空35785km附近
±
15
°
倾角范围内宽度为22077km的360
°
环带。该地球同步轨道带自身动力学特性赋予了其相对地表良好的覆盖稳定性，即轨道带上的卫星具有和地球旋转角速度相同或相近的特征，从地面上看该轨道带上的卫星相对地面静止，使该轨道带布置的卫星可以24小时不间断长期凝视地面固定区域，因此，地球同步轨道带成为现代导航通信、数据中继、气象观测等领域高价值太空资产的聚集地。因此，对在轨卫星的监测是在轨服务的重要内容之一，可以为卫星的维修、补加以及运行管理提供支撑。
[0003]目前，对同步轨道带目标星观测成像，是高轨观测器高于或低于同步轨道，使其以一定漂移率西漂(高于同步轨道)或东漂(低于同步轨道)，利用观测器与地球静止轨道(GEO卫星)相对运动，如图1所示，高轨观测器在与各目标星依次交会时，实现对各目标星观测成像。
[0004]由于同步轨道带大部分目标星轨道面接近于赤道面，常规的同步轨道带目标星成像路径设计，选择赤道面为观测轨道面，仅通过对观测器轨道高度进行控制，及动态调整观测器漂移率，从而建立观测器与各经度节点目标星合理交会时机，以实现对观测带各经度节点目标星观测。
[0005]但上述常规的同步轨道带目标星观测成像路径设计思想，本质上默认了观测目标星轨道面皆为赤道面(i≈0
°
，i为轨道倾角)的前提条件，没有以目标星实际轨道为观测量，针对性的建立观测轨道面。在工程实际应用中，若采用上述常规观测路径设计思想，观测器对轨道倾角较大目标星观测期间，由于双星法向交会速度较大、观测时间短，导致大量目标星错失有效观测时机，观测成像效率较低，无法满足观测任务需求。
[0006]因此，有必要改善上述相关技术方案中存在的一个或者多个问题。
[0007]需要注意的是，本部分旨在为权利要求书中陈述的本公开的技术方案提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

技术实现思路

[0008]本公开实施例的目的在于提供一种同步轨道带星群多目标观测轨道面公共路径设计方法，进而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或者多个问题。
[0009]本公开实施例提供一种同步轨道带星群多目标观测轨道面公共路径设计方法，包括：
[0010]获取同步轨道带星群n个目标星的轨道星历及观测卫星的初始轨道星历；
[0011]建立所述观测卫星的观测轨道面公共路径模型，通过所述目标星的轨道星历设定与所述n个目标星轨道面对应的多个观测量，及设定所述观测卫星的观测轨道面公共路径，以通过多个所述观测量形成所述观测卫星观测轨道面公共路径的目标函数模型式；
[0012]建立预设迭代算法模型，遍历求解所述目标函数模型式的极值点；
[0013]设立所述预设迭代算法模型的阈值ε(；
[0014]当所述目标函数模型式的极值点小于或等于所述阈值ε(时，则停止运算，此时所述目标函数模型式中的所述观测轨道面公共路径为最优观测轨道面公共路径；
[0015]以所述最优观测轨道面公共路径调整所述观测卫星运行轨道，并更新所述观测卫星的轨道星历。
[0016]本公开的一实施例中，建立所述观测卫星的观测轨道面公共路径模型包括：
[0017]设多个所述观测量为设观测轨道面公共路径为X
G
(i
G
,Ω
G
)，其中，i为轨道倾角，Ω为升交点赤经；
[0018]建立天球坐标系，选择n个所述目标星中的第k个观测目标，将所述观测卫星和所述第k个观测目标在所述天球坐标系中进行投影，设所述第k个观测目标的轨道倾角和升交点赤经为设所述观测卫星轨道面与所述第k个观测目标轨道面间的夹角为
[0019]在所述天球坐标系中，根据球面形余弦定理，建立所述观测轨道面公共路径X
G
(i
G
,Ω
G
)与所述夹角及所述第k个观测目标的关系式(1)：
[0020][0021]本公开的一实施例中，建立所述观测卫星的观测轨道面公共路径模型还包括：
[0022]通过所述观测轨道面公共路径X
G
(i
G
,Ω
G
)与多个所述观测量X
M
的各目标星形成夹角集群α；
[0023]根据所述夹角集群α平方的和建立所述观测卫星观测轨道面公共路径X
G
的目标函数模型式(2)：
[0024][0025]本公开的一实施例中，所述建立预设迭代算法模型，遍历求解所述目标函数模型式的极值点步骤包括：
[0026]令O(i
G
,Ω
G
)的导数等于零，得式(3)：
[0027][0028]其中，所述式(3)的解为所述目标函数模型式(2)的极值点；
[0029]利用牛顿迭代法，通过所述观测量X
M
对所述目标函数模型式(2)遍历求解。
[0030]本公开的一实施例中，对所述目标函数模型式(2)遍历求解的步骤包括：
[0031]令
[0032]牛顿迭代解算方程式(4)为：
[0033][0034]X0为X的初值，取值为：
[0035]将所述初值代入式(4)中进行迭代运算，运算式如式(5)：
[0036][0037]若X
j+1
‑
X
j
≤ε，则停止迭代计算，则X
j+1
的解为所述目标函数模型式(2)的极值点。
[0038]本公开的一实施例中，将所述X
j+1
的解代入所述目标函数模型式的二阶导数式(6)中：
[0039][0040]若式(6)成立，则当所述观测卫星观测轨道面公共路径为时O达
到最小极值点。
[0041]本公开的一实施例中，所述建立所述观测卫星的观测轨道面公共路径模型步骤前包括：
[0042]设定所述同步轨道带星群n个目标星所对应的权重值。。
[0043]本公开的一实施例中，该方法还包括：
[0044]所述观测卫星沿所述最优观测轨道面公共路径对n个所述目标星进行观测，并动态调整该观测卫星的漂移率，以提高对单个目标星的观测成像质量。
[0045]本公开的一实施例中，所述阈值ε＝10
‑5。
[0046]本公开的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0047]本公开实施例中的一种同步轨道带星群多目标观测轨道面公共路径设计方法，通过采用一次轨道面控制，建立不变观测面公共路径，在满足观测目标最多有效观测的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种同步轨道带星群多目标观测轨道面公共路径设计方法，其特征在于，包括：获取同步轨道带星群n个目标星的轨道星历及观测卫星的初始轨道星历；建立所述观测卫星的观测轨道面公共路径模型，通过所述目标星的轨道星历设定与所述n个目标星轨道面对应的多个观测量，及设定所述观测卫星的观测轨道面公共路径，以通过多个所述观测量形成所述观测卫星观测轨道面公共路径的目标函数模型式；建立预设迭代算法模型，遍历求解所述目标函数模型式的极值点；设立所述预设迭代算法模型的阈值ε(；当所述目标函数模型式的极值点小于或等于所述阈值ε(时，则停止运算，此时所述目标函数模型式中的所述观测轨道面公共路径为最优观测轨道面公共路径；以所述最优观测轨道面公共路径调整所述观测卫星运行轨道，并更新所述观测卫星的轨道星历。2.根据权利要求1所述同步轨道带星群多目标观测轨道面公共路径设计方法，其特征在于，建立所述观测卫星的观测轨道面公共路径模型包括：设多个所述观测量为设观测轨道面公共路径为X
G
(i
G
,Ω
G
)，其中，i为轨道倾角，ΩG为升交点赤经；建立天球坐标系，选择n个所述目标星中的第k个观测目标，将所述观测卫星和所述第k个观测目标在所述天球坐标系中进行投影，设所述第k个观测目标的轨道倾角和升交点赤经为设所述观测卫星轨道面与所述第k个观测目标轨道面间的夹角为在所述天球坐标系中，根据球面形余弦定理，建立所述观测轨道面公共路径X
G
(i
G
,Ω
G
)与所述夹角及所述第k个观测目标的关系式(1)：3.根据权利要求2所述同步轨道带星群多目标观测轨道面公共路径设计方法，其特征在于，建立所述观测卫星的观测轨道面公共路径模型还包括：通过所述观测轨道面公共路径X
G
(i
G
,Ω
G
)与多个所述观测量X
M
的各目标星形成夹角集群α；根据所...

【专利技术属性】
技术研发人员：边宝刚，王鼎蔚，王小乐，方东，银炜，李园敏，王鑫，郭明玮，
申请(专利权)人：中国西安卫星测控中心，
类型：发明
国别省市：