一种基于离散空间组合优化的回归轨道快速设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于离散空间组合优化的回归轨道快速设计方法，包括以下步骤：构建太阳同步轨道解析模型、回归轨道解析模型，联立所述太阳同步轨道解析模型、回归轨道解析模型，建立离散解集；对所述离散解集进行优化处理，获得回归轨道参数，基于所述回归轨道参数，建立回归轨道；对所述回归轨道进行回归特性校正，获得目标回归轨道。本发明专利技术通过采用扩展维度的微分校正策略，对所设计的轨道进行了回归特性校正，将径矢考虑在内，增加了卫星空间位置的回归约束，实现了高精度回归轨道的设计。实现了高精度回归轨道的设计。实现了高精度回归轨道的设计。

【技术实现步骤摘要】
一种基于离散空间组合优化的回归轨道快速设计方法


[0001]本专利技术属于回归轨道设计领域，特别是涉及一种基于离散空间组合优化的回归轨道快速设计方法。

技术介绍

[0002]现有技术中针对回归轨道设计方法，存在以下缺点：
[0003]专利CN110378012A中提出了一种考虑高阶重力场的严格回归轨道设计方法，该专利采用牛顿迭代和NSGA
‑
II进行混合优化轨道设计，采用了连续优化方法，优化时间长，会出现早熟收敛等情况；其次，该专利仅考虑了卫星的回归特性，即实现回归周期内初末状态矢量的回归，而并未考虑载荷约束，不能满足实际任务需求。
[0004]专利CN106092105A中提出了一种近地卫星严格回归轨道的确定方法，该专利采用连续优化方法，优化速度慢，时间长；其次，该专利也只是考虑了回归特性约束，而并未考虑卫星进行实际任务的载荷的约束。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的是提供一种基于离散空间组合优化的回归轨道快速设计方法，以解决上述现有技术存在的问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于离散空间组合优化的回归轨道快速设计方法，包括以下步骤：
[0007]构建太阳同步轨道解析模型、回归轨道解析模型，根据所述太阳同步轨道解析模型、回归轨道解析模型，获得离散解集；
[0008]对所述离散解集进行优化处理，获得回归轨道参数，基于所述回归轨道参数，建立回归轨道；
[0009]对所述回归轨道进行回归特性校正，获得目标回归轨道。
[0010]优选地，构建太阳同步轨道解析模型的过程包括：根据一年的秒数，地球二阶带谐摄动项、地球四阶带谐摄动项对轨道升交点赤经的长期影响，获得卫星轨道升交点赤经的进动值，建立太阳同步约束。
[0011]优选地，所述地球二阶带谐摄动项、地球四阶带谐摄动项对轨道升交点赤经的长期影响的获得过程包括：根据地球引力常数、卫星轨道半长轴获得卫星的平均角速度；根据所述卫星的平均角速度、卫星轨道半长轴、地球赤道半径、地球二阶带谐摄动系数、地球四阶带谐摄动系数获得所述地球二阶带谐摄动项、地球四阶带谐摄动项对轨道升交点赤经的长期影响。
[0012]优选地，构建回归轨道解析模型的过程包括：根据卫星轨道升交点赤经的进动值、地球赤道半径、卫星轨道节点周期，建立轨道回归约束。
[0013]优选地，所述卫星轨道节点周期的获得过程包括：根据地球二阶带谐摄动系数、地球四阶带谐摄动系数影响下的卫星近地点幅角、卫星平近点角的长期变化，获得所述卫星
轨道节点周期。
[0014]优选地，联立所述太阳同步轨道解析模型、回归轨道解析模型，建立离散解集的过程包括：
[0015]预设回归天数和回归圈数的取值范围，基于所述取值范围，通过联立太阳同步约束、轨道回归约束，获得回归轨道的半长轴、轨道倾角；根据所述回归天数、回归圈数与半长轴、轨道倾角的映射关系，建立离散解集。
[0016]优选地，对所述离散解集进行优化处理的过程包括：
[0017]根据卫星的载荷幅宽、载荷波位获得最少覆盖圈数；建立优化函数，根据所述最少覆盖圈数，获得回归圈数；基于所述回归圈数、卫星的轨道高度，获得回归天数。
[0018]优选地，对所述回归轨道进行回归特性校正的过程包括：
[0019]基于轨道要素，获得卫星回归后的纬度、经度、径矢，所述轨道要素包括半长轴、倾角、真近点角；
[0020]基于回归周期初末时刻纬度、经度、径矢的差值，建立微分校正公式；
[0021]基于所述微分校正公式，对所述回归轨道进行回归特性校正，获得修正的半长轴、倾角、真近点角，进而获得目标回归轨道。
[0022]本专利技术的技术效果为：
[0023](1)相较于传统的地球J2摄动模型建立，本专利技术在构建太阳同步回归轨道解析模型时考虑了地球J4摄动，解决了太阳同步回归轨道解析模型不够精确的问题，因此，本专利技术所设计的轨道初值具有更高的回归精度。
[0024](2)本专利技术通过利用包括回归周期和天数的整型变量与轨道要素的一一映射关系，将连续优化空间映射为离散空间，实现离散解集的建立，在后续优化问题中，基于离散空间组合优化的处理，大大加快了轨道设计时间。
[0025](3)本专利技术通过采用扩展维度的微分校正策略，对所设计的轨道进行了回归特性校正，获得了更加精确的回归轨道。相较于传统的仅仅考虑星下点经纬度的校正方法，本专利技术扩展了维度，将径矢考虑在内，从而增加了卫星空间位置的回归约束，实现了高精度回归轨道的设计。
附图说明
[0026]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
[0027]图1为本专利技术实施例中的方法流程图。
具体实施方式
[0028]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。
[0029]实施例一
[0030]如图1所示，本实施例中提供一种基于离散空间组合优化的回归轨道快速设计方法，包括：
[0031]步骤一、针对近圆轨道卫星的太阳同步回归轨道特性，依据太阳同步特性建立起
半长轴和轨道倾角的解析模型；根据回归轨道特性，建立起回归天数、回归圈数与卫星的节点周期的解析模型；
[0032]步骤一中，建立太阳同步回归轨道模型时，进一步考虑到了地球J4摄动的影响，所搭建的太阳同步解析模型和回归轨道解析模型精度更高。详细步骤如下：
[0033]建立太阳同步约束。假设近圆轨道偏心率e＝0，考虑地球J2和J4项对轨道升交点赤经长期影响，由太阳同步约束建立卫星轨道升交点赤经进动公式：
[0034][0035]其中，year表示一年的秒数，分别为地球J2和J4项对轨道升交点赤经的长期影响，表达式如下：
[0036][0037][0038]其中，a为卫星轨道半长轴，为地球赤道半径，为卫星的平均角速度，为地球引力常数。J2、J4分别为对应的摄动系数。
[0039]其次，建立回归特性约束，其满足以下公式：
[0040][0041]其中卫星轨道节点周期，其公式如下：
[0042][0043]分别为在地球J2和J4影响下的卫星近地点幅角和平近点角的长期变化。其公式如下：
[0044][0045][0046]通过式(1)和(4)这两个约束，可以求得地球J4项影响下的满足太阳同步特性和回归特性的半长轴和轨道倾角
[0047]步骤二、同时联立太阳同步轨道解析模型和回归轨道模型，建立整型变量回归天数和回归圈数与连续变量半长轴和轨道倾角的一一映射关系，实现连续空间到离散空间的映射，在有限空间内建立离散解集。
[0048]步骤二中，约定整型变量回归天数和回归圈数的范围，在此范围内通过联立上述
约束(1)和(4)，得到不同半长轴下的轨道本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于离散空间组合优化的回归轨道快速设计方法，其特征在于，包括以下步骤：构建太阳同步轨道解析模型、回归轨道解析模型，根据所述太阳同步轨道解析模型、回归轨道解析模型，获得离散解集；对所述离散解集进行优化处理，获得回归轨道参数，基于所述回归轨道参数，建立回归轨道；对所述回归轨道进行回归特性校正，获得目标回归轨道。2.根据权利要求1所述的基于离散空间组合优化的回归轨道快速设计方法，其特征在于，构建太阳同步轨道解析模型的过程包括：根据一年的秒数，地球二阶带谐摄动项、地球四阶带谐摄动项对轨道升交点赤经的长期影响，获得卫星轨道升交点赤经的进动值，建立太阳同步约束。3.根据权利要求2所述的基于离散空间组合优化的回归轨道快速设计方法，其特征在于，所述地球二阶带谐摄动项、地球四阶带谐摄动项对轨道升交点赤经的长期影响的获得过程包括：根据地球引力常数、卫星轨道半长轴获得卫星的平均角速度；根据所述卫星的平均角速度、卫星轨道半长轴、地球赤道半径、地球二阶带谐摄动系数、地球四阶带谐摄动系数获得所述地球二阶带谐摄动项、地球四阶带谐摄动项对轨道升交点赤经的长期影响。4.根据权利要求1所述的基于离散空间组合优化的回归轨道快速设计方法，其特征在于，构建回归轨道解析模型的过程包括：根据卫星轨道升交点赤经的进动值、地球赤道半径、卫星轨道节点周期，建立轨道回归约束。5.根据权利要求4所述的基于离散空间组合优化的回归...

【专利技术属性】
技术研发人员：韦晓芳，邵晓巍，陈力，李楠，张德新，鞠潭，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：