一种用于商业卫星的编队捕获方法技术

本发明专利技术公开了一种用于商业卫星的编队捕获方法涉及卫星编队技术领域，解决了现有亟需一种利用卫星本身的受摄运动机制，且只消耗较低的燃料就可实现编队捕获方法的问题，步骤为：根据编队卫星的轨道倾角i的大小选择通过改变i或是改变a实现W

【技术实现步骤摘要】
一种用于商业卫星的编队捕获方法


[0001]本专利技术涉及卫星编队
，具体涉及一种用于商业卫星的编队捕获方法。

技术介绍

[0002]随着商业卫星的快速发展，卫星编队也逐渐提上日程，由于卫星编队可以在若干颗卫星之间形成稳定精确的基线，因此在光学立体成像、合成孔径雷达成像、目标精确定位等方面具有较高的应用价值。但是对于商业卫星，一方面为了节省运载发射成本，一般采用多星入轨的方式，因此需要依靠自身的控制能力实现编队捕获；另一方面商业卫星从制造成本的角度出发，燃料携带有限，轨道控制能力较弱。
[0003]卫星编队的概念自提出来起，编队捕获就是一个首要解决的问题。
[0004]在编队捕获问题的解决上，国内外很多学者都是在相对运动动力学方程的基础上，将编队捕获问题转化为最优控制问题，即已知状态方程和初始值，通过设计经典或者先进控制律，使设定的性能指标最优，实现状态参数的转移，而性能指标往往是燃料最优(特殊情况下需要时间最优)。以半径为10km圆编队为例，上述方法需要的速度增量达到几百～几千米每秒，显然对于商业卫星而言是无法承载这么巨大的燃料需求的。另外也有一种方法是将编队参数转化为卫星的轨道六根数参数，通过经典N冲量控制方法，调整编队卫星的轨道根数，实现编队捕获，这种方式具有较高的工程应用价值，根据相关研究表明，采用该方法半径为10km的圆编队速度增量需求约为10m/s。
[0005]事实上，以上方法均是在经典运动方程的框架下，忽略了卫星的空间摄动力，实现编队的直接捕获。
[0006]因此在卫星编队领域，亟需一种利用卫星本身的受摄运动机制，且只消耗较低的燃料就可实现编队捕获的方法。

技术实现思路

[0007]为了解决上述问题，本专利技术提供一种用于商业卫星的编队捕获方法。
[0008]本专利技术为解决技术问题所采用的技术方案如下：
[0009]一种用于商业卫星的编队捕获方法，包括：
[0010]根据编队卫星的轨道倾角i的大小选择通过改变i或是改变a实现W
s
的改变，当i∈[(90
‑
β)
°
，(90+γ)
°
]时，通过改变i实现W
s
的改变，否则，通过改变a实现W
s
的改变，β和γ均为正数，a表示编队卫星轨道半长轴，W
s
表示编队卫星轨道面和基准卫星轨道面间的基线长度；
[0011]当选择通过改变i实现W
s
的改变时，计算编队卫星的倾角改变量根据计算速度增量大小；当选择通过改变a实现W
s
的改变时，计算编队卫星轨道半长轴改变量根据计算速度增量大小。
[0012]本专利技术的有益效果是：
[0013]本专利技术的一种用于商业卫星的编队捕获方法提出了一种根据卫星轨道面间的受
摄运动原理，通过改变倾角或者半长轴从而改变卫星轨道面在惯性空间中的进动速度，使得编队卫星在升交点赤经上形成稳定的差异，进而实现卫星编队捕获。该方法可以大幅降低编队捕获的燃料需求，因此适用于有燃料成本限制的商业卫星；该方法捕获过程采用冲量控制方式，易于工程化实现；该方法控制批次少，仅需在漂移时间段的前后沿实施即可。
附图说明
[0014]图1为本专利技术的一种用于商业卫星的编队捕获方法的流程图。
[0015]图2为本专利技术的一种用于商业卫星的编队捕获方法的部分参数示意图。
具体实施方式
[0016]为了能够更清楚地理解本专利技术的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行进一步的详细描述。
[0017]在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本专利技术，但是，本专利技术还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本专利技术的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
[0018]实施例一
[0019]本实施例提供一种用于商业卫星的编队捕获方法，用以解决在现有编队捕获问题的解决上均忽略了卫星的空间摄动力且消耗燃料较高的问题。
[0020]首先，根据现有的编队运动学理论可以知道，卫星形成编队一方面是要在偏心率上做微调，这样编队卫星可以绕着基准卫星在轨道面内实现椭圆运动，另一方面要在升交点赤经或者轨道倾角上与基准卫星形成差异，从而在编队卫星轨道面外形成单摆运动。对于偏心率的调整，根据高斯摄动方程，只需施加较小的冲量就可以实现较大的空间基线；但对于升交点赤经及轨道倾角的调整，需要施加较大的冲量才能获得同等空间基线，而且一般应用中调整升交点赤经居多，很少调整轨道倾角，因为若调整轨道倾角，编队卫星在低纬度区域的空间基线最小，不适合低纬度的观测。本实施例以及下述其他实施例中均创造性的利用卫星轨道升交点赤经的受摄运动，实现了消耗较少的燃料实现编队捕获。
[0021]本实施例的一种用于商业卫星的编队捕获方法，包括如下步骤：
[0022]根据编队卫星的轨道倾角i的大小选择通过改变i或是改变a实现W
s
的改变，当i∈[(90
‑
β)
°
，(90+γ)
°
]时，通过改变i实现W
s
的改变，否则，通过改变a实现W
s
的改变，β和γ均为正数，a表示编队卫星的轨道半长轴，W
s
表示编队卫星轨道面和基准卫星轨道面间的基线长度；
[0023]当选择通过改变i实现W
s
的改变时，计算编队卫星的倾角改变量根据计算速度增量大小；当选择通过改变a实现W
s
的改变时，计算编队卫星轨道半长轴改变量根据计算速度增量大小。
[0024]实施例二
[0025]本实施例提供一种用于商业卫星的编队捕获方法，如图1，包括：
[0026]根据编队卫星的轨道倾角i的大小选择通过改变i或是改变a实现W
s
的改变，当i∈[(90
‑
β)
°
，(90+γ)
°
]时，通过改变i实现W
s
的改变，否则，通过改变a实现W
s
的改变，β和γ均为正数，a表示编队卫星的轨道半长轴，W
s
表示编队卫星轨道面和基准卫星轨道面间的基线长
度；
[0027]当选择通过改变编队卫星的轨道倾角i实现W
s
的改变时，根据编队要求的W
s
、利用公式(1)计算编队卫星轨道面和基准卫星轨道面的升交点赤经差ΔΩ，
[0028][0029]根据ΔΩ，利用公式(15)计算编队卫星的倾角改变量
[0030][0031]根据公式(4.2)计算编队卫星的速度增量大小，
[0032][0033]其中，μ为地球常数，J2为地球扁率摄动二阶系数，R
e
为地球平均半径，e为偏心率，n为编队卫星轨道角速度，u为纬度辐角，Δv
a
为编队卫星轨道迹向本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种用于商业卫星的编队捕获方法，其特征在于，包括：根据编队卫星的轨道倾角i的大小选择通过改变i或是改变a实现W
s
的改变，当i∈[(90
‑
β)
°
，(90+γ)
°
]时，通过改变i实现W
s
的改变，否则，通过改变a实现W
s
的改变，β和γ均为正数，a表示编队卫星轨道半长轴，W
s
表示编队卫星轨道面和基准卫星轨道面间的基线长度；当选择通过改变i实现W
s
的改变时，计算编队卫星的倾角改变量根据计算速度增量大小；当选择通过改变a实现W
s
的改变时，计算编队卫星轨道半长轴改变量根据计算速度增量大小。2.如权利要求1所述的一种用于商业卫星的编队捕获方法，其特征在于，当选择通过改变i实现W
s
的改变时，根据编队要求的W
s
、利用公式(1)计算编队卫星轨道面和基准卫星轨道面的升交点赤经差ΔΩ，根据ΔΩ，利用公式(15)计算编队卫星的倾角改变量根据ΔΩ，利用公式(15)计算编队卫星的倾角改变量根据利用公式(4.2)计算速度增量Δv
i
，其中，μ为地球常数，J2为地球扁率摄动二阶系数，R
e
为地球平均半径，e为偏心率，n为编队卫星轨道角速度，u为纬度辐角，Δv
i
为编队卫星轨道法向速度增量，t为实现改变W
s
的时间。3.如权利要求2所述的一种用于商业卫星的编队捕获方法，其特征在于，通过改变a实现W
s
的改变能够实现离散的W
s
，当选择通过改变a实现W
s
的改变时，根据公式(13)或公式(14)计算离散的W
s
的离散单元D，的离散单元D，根据公式(9)、D和编队要求的W...

【专利技术属性】
技术研发人员：范林东，赵明煊，刘东宸，戴路，
申请(专利权)人：长光卫星技术股份有限公司，
类型：发明
国别省市：