可在轨实现掠飞观测任务的变轨方法、装置及介质制造方法及图纸

本发明专利技术实施例公开了一种可在轨实现掠飞观测任务的变轨方法、装置及介质，属于航天器导航制导与控制技术领域；该方法包括：设定计算目标函数值的方法；根据待优化变量中的相互独立变量，在设定的变量取值区域内进行大步长遍历，获得多个数据点；针对每个数据点分别求解兰伯特问题，得到每个数据点对应的目标函数值；在所有数据点对应的目标函数值中筛选获得符合设定观测约束条件的目标函数值；将符合设定观测约束条件的目标函数值中的最小值选取为迭代初值；根据迭代初值基于序列二次规划算法进行迭代优化，获得最终的近似全局最优解。获得最终的近似全局最优解。获得最终的近似全局最优解。

【技术实现步骤摘要】
可在轨实现掠飞观测任务的变轨方法、装置及介质


[0001]本专利技术实施例涉及航天器导航制导与控制
，尤其涉及一种可在轨实现掠飞观测任务的变轨方法、装置及介质。

技术介绍

[0002]在轨感知技术逐渐成为航天技术研究的热点，这种技术可以对空间目标执行拦截交会、空间观测等任务。在轨掠飞观测是在轨感知技术的一部分，对转移末时刻两星相对位置有严格的要求。为了实现在轨掠飞观测，需要构建精确的轨道转移模型，并对其进行优化。
[0003]目前，通常采用常规的遗传算法(GA，Genetic Algorithm)这类仿生算法、序列二次规划算法(SQP，Sequential Quadratic Programming)、或二者结合而成的复合算法等对模型进行优化，但是这些算法具有如下缺陷：
[0004]首先，常规的遗传算法和其他的仿生算法具有运算量大，收敛时间不稳定的缺陷；其次，常规的序列二次规划算法对迭代初值敏感，在不同的初值情况下，优化结果不同，不一定能收敛到全局最优解，鲁棒性较差最后，由于星上计算资源较少，上述两个缺陷导致卫星无法在轨自主对轨道转移模型进行优化，依赖于地面的计算资源。

技术实现思路

[0005]有鉴于此，本专利技术实施例期望提供一种可在轨实现掠飞观测任务的变轨方法、装置及介质；能够降低计算量，并且快速收敛至近似全局最优解，提高鲁棒性和可靠性。
[0006]本专利技术实施例的技术方案是这样实现的：
[0007]第一方面，本专利技术实施例提供了一种可在轨实现掠飞观测任务的变轨方法，所述方法包括：
[0008]设定根据追踪星在停泊时长结束时的位置信息和速度信息、所述追踪星基于施加变轨脉冲到达适于观测目标星的观测点位置处的转移时长以及所述追踪星的坐标值求解兰伯特问题，以获得目标函数值；
[0009]根据待优化变量中的相互独立变量，在设定的变量取值区域内进行大步长遍历，获得多个数据点；
[0010]针对每个数据点分别求解兰伯特问题，得到每个数据点对应的目标函数值；
[0011]在所述所有数据点对应的目标函数值中筛选获得符合设定观测约束条件的目标函数值；
[0012]将所述符合设定观测约束条件的目标函数值中的最小值选取为迭代初值；
[0013]根据所述迭代初值基于序列二次规划算法进行迭代优化，获得最终的近似全局最优解；其中，所述最终的近似全局最优解用于优化轨道转移模型。
[0014]第二方面，本专利技术实施例提供了一种可在轨实现掠飞观测任务的变轨装置，所述装置包括：
[0015]设定部分，经配置为设定根据追踪星在停泊时长结束时的位置信息和速度信息、所述追踪星基于施加变轨脉冲到达适于观测目标星的观测点位置处的转移时长以及所述追踪星的坐标值求解兰伯特问题，以获得目标函数值；
[0016]遍历部分，经配置为根据待优化变量中的相互独立变量，在设定的变量取值区域内进行大步长遍历，获得多个数据点；
[0017]第一求解部分，经配置为针对每个数据点分别求解兰伯特问题，得到每个数据点对应的目标函数值；
[0018]筛选部分，经配置为在所述所有数据点对应的目标函数值中筛选获得符合设定观测约束条件的目标函数值；
[0019]选取部分，经配置为将所述符合设定观测约束条件的目标函数值中的最小值选取为迭代初值；
[0020]优化部分，经配置为根据所述迭代初值基于序列二次规划算法进行迭代优化，获得最终的近似全局最优解；其中，所述最终的近似全局最优解用于优化轨道转移模型。
[0021]第三方面，本专利技术实施例提供了一种星上计算机，所述星上计算机包括：通信接口，存储器和处理器；各个组件通过总线系统耦合在一起；其中，
[0022]所述通信接口，用于在与其他外部网元之间进行收发信息过程中，信号的接收和发送；
[0023]所述存储器，用于存储能够在所述处理器上运行的计算机程序；
[0024]所述处理器，用于在运行所述计算机程序时，执行第一方面所述可在轨实现掠飞观测任务的变轨方法的步骤。
[0025]第四方面，本专利技术实施例提供了一种计算机存储介质，所述计算机存储介质存储有可在轨实现掠飞观测任务的变轨程序，所述可在轨实现掠飞观测任务的变轨程序被至少一个处理器执行时实现第一方面所述可在轨实现掠飞观测任务的变轨方法的步骤。
[0026]本专利技术实施例提供了一种可在轨实现掠飞观测任务的变轨方法、装置及介质；通过将大步长遍历算法与SQP算法进行结合，从而减少计算量，实现快速收敛至近似全局最优解，并提高鲁棒性和可靠性。
附图说明
[0027]图1为本专利技术实施例提供的掠飞观测任务执行过程示意图。
[0028]图2为本专利技术实施例提供的一种可在轨实现掠飞观测任务的变轨方法流程示意图。
[0029]图3为本专利技术实施例提供的变量取值区域每个数据点对应的目标函数值的四维示意图。
[0030]图4为本专利技术实施例提供的观测约束条件示意图。
[0031]图5为本专利技术实施例提供的首次剔除后的目标函数值的四维示意图。
[0032]图6为本专利技术实施例提供的再次剔除后的目标函数值的四维示意图。
[0033]图7为本专利技术实施例提供的一种可在轨实现掠飞观测任务的变轨装置组成示意图。
[0034]图8为本专利技术实施例提供的一种星上计算机的具体硬件结构示意图。
具体实施方式
[0035]下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
[0036]参见图1，其示出了本专利技术实施例提供的掠飞观测任务执行过程，在本专利技术实施例中，执行掠飞观测任务的卫星可以称之为追踪星，而被观测的卫星可以称之为目标星，两个卫星处于高度不同，相位不同的共面圆轨道上，如图1所示，追踪星处于轨道1，目标星处于轨道2。追踪星采用单脉冲变轨的方式进行轨道机动；具体过程为，在t＝0时刻由轨道1上的A点，经停泊时长T1后到达B点；此时施加变轨脉冲，再经过转移时长T2后如虚线所示路径到达观测点D附近，两段时长之和为掠飞观测任务的总时间T。本专利技术实施例设定目标星在任务的完整的执行时间段内不进行机动，即在轨道2处由C点运动至D点。
[0037]对于上述掠飞观测任务，追踪星在进行轨道转移过程中，需要构建精确的轨道转移模型，并对其进行优化。针对
技术介绍
中所阐述的目前优化算法的缺陷，本专利技术实施例期望通过将大步长遍历算法与SQP算法进行结合，从而减少计算量，实现快速收敛至近似全局最优解，并提高鲁棒性和可靠性。基于此，参见图2，其示出了本专利技术实施例提供的一种可在轨实现掠飞观测任务的变轨方法，该方法可以应用于追踪星上的星上计算机(或称星载计算机)，该方法可以包括：
[0038]S201：设定根据追踪星在停泊时长结束时的位置信息和速度信息、所述追踪星基于施加变轨脉冲到达适于观测目标星的观测点位置处的转移时长以及所述追踪星的坐标值求解兰伯特问题，以获得目标函数值；可以理解地，该目标函数本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种可在轨实现掠飞观测任务的变轨方法，其特征在于，所述方法包括：设定根据追踪星在停泊时长结束时的位置信息和速度信息、所述追踪星基于施加变轨脉冲到达适于观测目标星的观测点位置处的转移时长以及所述追踪星期望到达的观测位置坐标值求解兰伯特问题，以获得目标函数值；根据待优化变量中的相互独立变量，在设定的变量取值区域内进行大步长遍历，获得多个数据点；针对每个数据点分别求解兰伯特问题，得到每个数据点对应的目标函数值；在所有数据点对应的目标函数值中筛选获得符合设定观测约束条件的目标函数值；将所述符合设定观测约束条件的目标函数值中的最小值选取为迭代初值；根据所述迭代初值基于序列二次规划算法进行迭代优化，获得最终的近似全局最优解；其中，所述最终的近似全局最优解用于优化轨道转移模型。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：根据下式所示的航天器在圆轨道的运动规律，获得追踪星由起始时刻t＝0经由停泊时长T1到达开始施加脉冲变轨位置处的位置信息和速度信息；其中，μ为地球引力常数，r为航天器位置矢量，r表示航天器与地球地心之间的距离。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述适于观测目标星的观测点位置为太阳在所述目标星轨道平面内的投影点、所述目标星和地球处于同一直线的相对位置且所述目标星不处于阴影区。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述待优化变量包括：所述停泊时长T1、所述转移时长T2以及所述追踪星期望观测位置在地球惯性坐标系下x，y，z轴的坐标值R
x
、R
y
、R
z
；基于所述追踪星和目标星处于共面圆轨道且掠飞观测任务的总时长固定，所述待优化变量中的相互独立变量包括：所述转移时长T2、所述追踪星期望到达的观测位置在地球惯性坐标系下x，y轴的坐标值R
x
、R
y
。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述根据待优化变量中的相互独立变量，在设定的变量取值区域内进行大步长遍历，获得多个数据点，包括：在所述相互独立变量形成的变量空间中，在设定的变量取值区域内基于大于设定步长阈值的步长，按照深度优先搜索算法进行遍历，获得多个数据点，其中，每个数据点均包括转移时长值、所述追踪星期望观测位置在地球惯性坐标系下x，y轴的坐标值。6.根据...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶东，王纪元，肖岩，姜锐，张刚，孙兆伟，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：