基于多圈纬度幅角的远距离交会轨道机动计算方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种基于多圈纬度幅角的远距离交会轨道机动计算方法，包括：构造基于多圈纬度幅角的远距离交会轨道机动方案；对给定的机动参数，基于多圈纬度幅角进行摄动轨道多脉冲机动计算，获得远距离交会终端的相对位置和速度；以多圈的机动点纬度幅角、机动脉冲为设计变量，以终端相对位置和速度作为约束，采用序列二次规划算法对基于多圈纬度幅角的远距离交会轨道机动方案进行稳定求解，得到机动脉冲设计变量值、圈数以及该圈数下的机动点纬度幅角。本发明专利技术相应提出一种远距离交会轨道机动计算系统。本发明专利技术可克服传统远距离交会轨道机动计算技术中固定圈次带来的收敛不稳定问题，通过多圈纬度幅角进行跨圈搜索，实现远距离交会轨道机动稳定计算。会轨道机动稳定计算。会轨道机动稳定计算。

【技术实现步骤摘要】
基于多圈纬度幅角的远距离交会轨道机动计算方法及系统


[0001]本专利技术属于航天
，涉及一种基于多圈纬度幅角的远距离交会轨道机动计算方法及系统，可应用于载人航天、在轨服务的远距离交会轨道机动计算。

技术介绍

[0002]交会对接是将两个航天器于同一时间在轨道同一位置以相同或相近速度会合并在结构上连成一个整体的技术，涉及两个航天器：目标器与追踪器。目标器往往不做轨道机动，追踪器通过一系列轨道机动飞向目标器。
[0003]传统的交会轨道机动计算中：在相对距离较近时，以时间与机动脉冲为设计变量；在相对距离较远时，固定机动点轨道位置(如某圈近地点、远地点)以脉冲为设计变量，或固定圈次以机动点纬度幅角与脉冲为设计变量。该类技术在载人飞船、货运飞船与空间实验室的交会对接任务近距离交会、远距离交会中得到了持续应用。然而，随着低纬度发射场(如文昌)在工程任务中的投入持续使用，追踪器入轨后的近地点、远地点都在赤道附近，而圈次的计算往往以位于赤道平面的升交点为度量，同时轨道摄动引起近地点、远地点在升交点附近漂移。此时，传统的固定圈次仅以机动点纬度幅本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多圈纬度幅角的远距离交会轨道机动计算方法，其特征在于包括：确定基于多圈纬度幅角的远距离交会轨道机动方案；对给定的机动参数，基于多圈纬度幅角进行摄动轨道多脉冲机动计算，获得远距离交会终端的相对位置和速度；以多圈的机动点纬度幅角、机动脉冲为设计变量，以终端相对位置和速度作为约束，采用序列二次规划算法对基于多圈纬度幅角的远距离交会轨道机动方案进行稳定求解，得到机动脉冲设计变量值、圈数以及该圈数下的机动点纬度幅角。2.根据权利要求1所述的一种基于多圈纬度幅角的远距离交会轨道机动计算方法，其特征在于，基于多圈纬度幅角的远距离交会轨道机动方案如下：第1次机动在N1圈远地点处沿迹向执行脉冲Δv
t1
；第2次机动在N2圈纬度幅角处沿法向执行脉冲Δv
z2
；第3次机动在N3圈近地点处沿迹向执行脉冲Δv
t3
；第4次机动在N4圈附近的N圈、纬度幅角φ4∈[φ
4L
,φ
4U
]＝[2Nπ+u
4min
,2(N+1)π+u
4max
]处沿迹向执行脉冲Δv
t4
；其中，φ
4L
表示第4次轨道机动的纬度幅角下限，φ
4U
表示第4次轨道机动的纬度幅角上限，N表示轨道机动的圈次，u
4min
表示第4次轨道机动初始圈次的纬度幅角下限，u
4max
表示第4次轨道机动终端圈次的纬度幅角上限。3.根据权利要求2所述的一种基于多圈纬度幅角的远距离交会轨道机动计算方法，其特征在于，在第N1、N2、N3和N圈执行4次轨道机动后，在终端时刻t
f
要求达到：相对坐标系下终端相对位置与瞄准相对位置相等，终端相对速度与瞄准相对速度相等。4.根据权利要求3所述的一种基于多圈纬度幅角的远距离交会轨道机动计算方法，其特征在于，相对坐标系是指以目标器质心为原点，从地心指向目标质心方向为x轴，沿轨道面法向为z轴，y轴在轨道面内构成右手坐标系。5.根据权利要求3所述的一种基于多圈纬度幅角的远距离交会轨道机动计算方法，其特征在于，基于多圈纬度幅角进行摄动轨道多脉冲机动计算，获得远距离交会终端相对位置和速度的实现方式如下：2.1)设追踪初始时刻为t0，根据J2000坐标系下追踪初始时刻位置r0、速度v0，采用摄动轨道积分计算追踪器从追踪初始时刻位置r0到N1圈远地点的时间t1、追踪器到达N1圈远地点时的位置r1和速度v1，通过坐标转换将相对坐标系下的迹向执行脉冲Δv
t1
转换为J2000坐标系下的脉冲Δv1，对追踪器施加Δv1，得到J2000坐标系下追踪器第一次机动后的位置r1、速度v1+Δv1；2.2)根据J2000坐标系下追踪器第一次机动后的位置r1、速度v1+Δv1，采用摄动轨道积分计算追踪器从第一次机动后的位置到N2圈纬度幅角u
z2
处的时间t2、位置r2、速度为v2，通过坐标转换将相对坐标系下的法向执行脉冲Δv
z2
转换为J2000坐标系下的脉冲Δv2，对追踪器施加Δv2，得到J2000坐标系下追踪器第二次机动后的位置r2、速度v2+Δv2；2.3)根据J2000坐标系下追踪器第二次机动后的位置r2、速度v2+Δv2，采用摄动轨道积分计算追踪器从第二次机动后的位置到N3圈近地点的时间t3、位置r3、速度v3，通过坐标转
换将相对坐标系下的迹向执行脉冲Δv
t3
转换为J2000坐标系下的脉冲Δv3，对追踪器施加Δv3，得到J2000坐标系下追踪器第三次机动后的位置r3、速度v3+Δv3；2.4)根据J2000坐标系下追踪器第三次机动后的位置r3、速度v3+Δv3，采用摄动轨道积分计算追踪器从第三次机动后的位置到Nx圈纬度幅角φ4处的时间t4、位置r4、速度v4，通过坐标转换将相对坐标系下的迹向执行脉冲Δv
t4
转换为J2000坐标系下的脉冲Δv4，对追踪器施加Δv4，得到J2000坐标系下追踪器第四次机动后的位置r4、速度v4+Δv4；2.5)根据J2000坐标系下追踪器第四次机动后的位置r4、速度v4+Δv4，采用摄动轨道积分计算追踪器从第四次机动后的时间到终端时刻t
f
的追踪轨道，得到J2000坐标系下追踪器终端位置r
f
、速度v
f
；2.6)根据J2000坐标系下目标器初始位置初始速度采用摄动轨道积分计算目标器从初始时刻到终端时刻t
f
的轨道，得到J2000坐标系下目标器终端位置终端速度根据r
f
、v
f
与计算追踪器与目标器的相对位置追踪器与目标器的相对速度6.根据权利要求5所述的一种基于多圈纬度幅角的远距离交会轨道机动计算方法，其特征在于，采用序列二次规划算法对基于多圈纬度幅角的远距离交会轨道机动方案进行稳定求解的实现方式如下：3.1)以x＝(Δv
t1
,u
z2
,Δv
z2
,Δv
t3
,φ4,Δv
t4
)为设计变量，以终端相对位置和速度作为约束，以总速度增量为目标函数，构建规划模型；所述目标函数为f＝|Δv
t1
|+|Δv
z2
|+|Δv
t3
|+|Δv
t4
|；所述终端相对位置和速度的约束满足3.2)采用序列二次规划算法进行稳定搜索求解，其中对算法给出的每一组设计变量的值进行摄动轨道多脉冲机动计算，计算追踪器与目标器的相对位置追踪器与目标器的相对速度目标函数f的值，将其反馈给序列二次规划算法，若某组设计变量的值对应的满足终端相对位置和速度约束，且目标函数f的值最小，则该组设计变量即为求...

【专利技术属性】
技术研发人员：李广兴，王华，陈华健，陈刚，潘雷，侯小娟，马建颖，秦凯，
申请(专利权)人：上海宇航系统工程研究所，
类型：发明
国别省市：