基于解耦状态转移张量的干涉测量星座稳定性分析方法技术

本发明专利技术公开的一种基于解耦状态转移张量的空间高精度测量星座构型稳定性分析方法，属于空间技术领域。本发明专利技术实现方法为：将不同摄动力对构型稳定性的影响进行解耦分析，建立航天器轨道状态与构型稳定性指标的映射关系，将得到的摄动力解耦的轨道状态转移张量表达式代入，得到摄动力解耦的构型稳定性指标的状态转移张量表达式；分析并得到不同摄动力对于构型稳定性的影响，进而支撑优化空间高精度测量星座构型，改善空间高精度测量星座系统性能，提高探测精度。本发明专利技术具有空间高精度测量星座构型稳定性分析精度高、效率快的优点，有利于空间高精度测量星座构型的快速迭代优化，有利于提升空间高精度测量星座构型的稳定性与探测性能。测性能。测性能。

【技术实现步骤摘要】
基于解耦状态转移张量的干涉测量星座稳定性分析方法


[0001]本专利技术涉及一种空间高精度测量星座构型稳定性分析的方法，属于空间


技术介绍

[0002]对于宇宙空间的观测有利于了解宇宙起源、探索太空、发现宇宙生命与类地行星，对于空间科学技术、行星物理学的发展、探索宇宙具有重要意义。由于宇宙空间目标距离遥远、信号微弱，因此为了提高观测灵敏性，通常需要使用干涉测量方式进行观测。由于大气遮挡、地面震动噪声以及地表重力梯度影响，地基干涉测量方法使用范围较窄，因此在空间中部署多个干涉测量航天器，组成空间干涉测量星座进行观测，成为未来高精度干涉测量的可行方案。对于空间高精度测量星座，一方面需要控制检验质量的稳定性，另一方面需要保证激光干涉和空间惯性传感的测量精度，因此对于探测构型的稳定性提出了较高的要求。空间高精度测量星座动力学环境复杂，多种摄动力相互耦合，对构型的稳定性产生影响。因此有必要分析不同摄动力对于构型的影响，从而为构型设计区域的选取提供依据。然而，由于摄动力相互耦合，常规方法难以分析单个摄动力的影响机理。因此需要研究解耦的空间高精度测量星座构型稳定性分析方法，分析不同摄动对构型稳定性的影响，为空间高精度测量星座的选取、设计提供参考。

技术实现思路

[0003]本专利技术主要目的是提供一种基于解耦状态转移张量的空间高精度测量星座构型稳定性分析方法，针对复杂动力学环境下空间高精度测量星座构型的稳定性，将不同摄动力对构型稳定性的影响进行解耦分析，建立航天器轨道状态与构型稳定性指标的映射关系，将得到的摄动力解耦的轨道状态转移张量表达式代入，根据不同的摄动力进行分类，得到摄动力解耦的构型稳定性指标的状态转移张量表达式；根据得到的解耦的构型稳定性指标的状态转移张量表达式，分析不同摄动力对于构型稳定性的影响，进而得到不同摄动力对于构型稳定性的影响，进而支撑优化空间高精度测量星座构型，改善空间高精度测量星座系统性能，提高探测精度、进而解决空间高精度测量星座领域相关技术问题。本专利技术具有空间高精度测量星座构型稳定性分析精度高、效率快的优点，有利于空间高精度测量星座构型的快速迭代优化，有利于提升空间高精度测量星座构型的稳定性与探测性能。
[0004]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。
[0005]本专利技术公开的一种基于解耦状态转移张量的干涉测量星座稳定性分析方法，将空间高精度测量星座构型中的航天器的动力学方程根据摄动力进行分解，得到解耦后的动力学方程。然后根据摄动力的种类，定义解耦的状态转移张量，并进行初始化。进而根据分解的动力学方程，对解耦的状态转移张量进行积分，得到摄动力解耦的轨道状态转移张量表达式。建立航天器轨道状态与构型稳定性指标的映射关系，将得到的摄动力解耦的轨道状态转移张量表达式代入，根据不同的摄动力进行分类，得到摄动力解耦的构型稳定性指标
的状态转移张量表达式。最后根据得到的解耦的构型稳定性指标的状态转移张量表达式，分析不同摄动力对于构型稳定性的影响，进而得到不同摄动力对于构型稳定性的影响，进而支撑优化空间高精度测量星座构型，改善空间高精度测量星座系统性能，提高探测精度、进而解决空间高精度测量星座领域相关技术问题。本专利技术具有空间高精度测量星座稳定性分析精度高、效率快的优点，有利于空间高精度测量星座构型的快速迭代优化，有利于提升空间高精度测量星座构型的稳定性与探测性能。
[0006]本专利技术公开的一种基于解耦状态转移张量的干涉测量星座稳定性分析方法，包括如下步骤：
[0007]步骤1：建立空间高精度测量星座构型中航天器的动力学方程，根据摄动力进行分解，得到解耦后的动力学方程。
[0008]空间高精度测量星座构型中航天器的动力学方程如下：
[0009][0010]其中x(t)＝[r(t)
T
,v(t)
T
]T
表示航天器在t时刻的状态(位置与速度)，f(x,t)表示航天器的动力学方程。x0为t0时刻给定的初始状态。
[0011]将式(1)中的动力学按照不同的摄动力解耦为：
[0012][0013]其中f
(E)
(x,t)、f
(M)
(x,t)与f
(S)
(x,t)分别表示地球中心引力、地球J2项摄动、月球引力摄动以及太阳引力摄动的动力学方程。
[0014]步骤2：根据摄动力的种类，定义解耦的状态转移张量，并进行初始化。
[0015]所述解耦的状态转移张量不局限于二阶，根据实际需求拓展到任何阶数，作为优选，当所述解耦的状态转移张量进行二阶张量分解，实现方法如下：
[0016]考虑一阶、二阶状态转移张量如下：
[0017][0018][0019]公式(3)与(4)中Φ
i,a
与Φ
i,ab
分别为一阶状态转移张量与二阶状态转移张量。与为单个摄动力的影响项，与为两种摄动力的耦合影响项，与为三种摄动力的耦合影响项，与为四种摄动力的耦合影响项。上述状态转移张量中，与初始化为单位矩阵，与初始化为负单位矩阵，其余初始化为零矩阵。
[0020]步骤3：根据步骤1分解的动力学方程，对解耦的状态转移张量进行积分，得到摄动力解耦的轨道状态转移张量表达式。通过对步骤2中定义的解耦的状态转移张量进行积分，得到任意时刻的解耦的轨道状态转移张量Φ
i,a
、Φ
i,ab
。
[0021]根据分解的动力学方程，对解耦的状态转移张量进行积分，得到摄动力解耦的轨道状态转移张量表达式。通过对步骤2中定义的解耦的状态转移张量进行积分，能够得到任意时刻的解耦的轨道状态转移张量Φ
i,a
、Φ
i,ab
。状态转移张量的积分的微分方程如公式(5)与(6)所示。
[0022][0023][0024]公式(5)与(6)的下标表示爱因斯坦求和标记。公式(5)与(6)中与表示一阶与二阶雅可比矩阵：
[0025][0026][0027]其中和是根据摄动力解耦的一阶与二阶雅可比矩阵，上标即对应不同的摄动力。根据上标得到各个解耦的状态转移张量的微分方程如下：
[0028][0029][0030][0031]步骤4：建立航天器轨道状态与构型稳定性指标的映射关系，将得到的摄动力解耦的轨道状态转移张量表达式Φ
i,a
、Φ
i,ab
代入所述映射关系，根据不同的摄动力进行分类，得到摄动力解耦的构型稳定性指标的状态转移张量表达式。
[0032]建立构型稳定性指标关于轨道状态的状态转移张量模型如下：
[0033][0034]其中y为构型稳定性指标，x是轨道状态；G
i,a
与H
i,ab
为构型稳定性指标关于轨道状态的一阶、二阶状态转移张量。
[0035]将得到的摄动力解耦的轨道状态转移张量表达式Φ
i,a
、Φ
i,ab
代入公式(12)，根据不同的摄动力本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于解耦状态转移张量的干涉测量星座稳定性分析方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤1：建立空间高精度测量星座构型中航天器的动力学方程，根据摄动力进行分解，得到解耦后的动力学方程；步骤2：根据摄动力的种类，定义解耦的状态转移张量，并进行初始化；步骤3：根据步骤1分解的动力学方程，对解耦的状态转移张量进行积分，得到摄动力解耦的轨道状态转移张量表达式；通过对步骤2中定义的解耦的状态转移张量进行积分，得到任意时刻的解耦的轨道状态转移张量Φ
i,a
、Φ
i,ab
；步骤4：建立航天器轨道状态与构型稳定性指标的映射关系，将得到的摄动力解耦的轨道状态转移张量表达式Φ
i,a
、Φ
i,ab
代入所述映射关系，根据不同的摄动力进行分类，得到摄动力解耦的构型稳定性指标的状态转移张量表达式。步骤5：根据得到的解耦的构型稳定性指标的状态转移张量表达式，分析不同摄动力对于构型稳定性的影响，进而得到不同摄动力对于构型稳定性的影响；2.如权利要求1所述的一种基于解耦状态转移张量的干涉测量星座稳定性分析方法，其特征在于：还包括步骤6，根据步骤5分析的不同摄动力对于构型稳定性的影响，确定最大的影响因素，进而支撑优化空间高精度测量星座构型，改善空间高精度测量星座系统性能，提高探测精度、进而解决空间高精度测量星座领域相关技术问题；本发明具有空间高精度测量星座构型稳定性分析精度高、效率快的优点，有利于空间高精度测量星座构型的快速迭代优化，有利于提升空间高精度测量星座构型的稳定性与探测性能。3.如权利要求2所述的一种基于解耦状态转移张量的干涉测量星座稳定性分析方法，其特征在于：所述解耦的状态转移张量不局限于二阶，根据实际需求拓展到任何阶数。4.如权利要求1、2或3所述的一种基于解耦状态转移张量的干涉测量星座稳定性分析方法，其特征在于：步骤1实现方法为，空间高精度测量星座构型中航天器的动力学方程如下：其中x(t)＝[r(t)
T
,v(t)
T
]
T
表示航天器在t时刻的状态(位置与速度)，f(x,t)表示航天器的动力学方程；x0为t0时刻给定的初始状态；将式(1)中的动力学按照不同的摄动力解耦为：其中f
(E)
(x,t)、f
(M)
(x,t)与f
(S)
(x,t)分别表示地球中心引力、地球J2项摄动、月球引力摄动以及太阳引力摄动的动力学方程。...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔栋，周星宇，李翔宇，贾飞达，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：