一种基于三角函数的全方位绕飞路径设计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于三角函数的全方位绕飞路径设计方法，该方法包含：S1、定义飞行器的全方位绕飞参数；S2、结合S1中定义的绕飞参数，采用空间三角函数的方式设定绕飞轨迹中的编队向量；S3、将S2得到的编队向量从绕飞坐标系转换到可执行的轨道坐标系。其优点是：该方法采用基于空间三角函数的轨迹规划，使绕飞轨迹可以为空间中的任意圆或椭圆，以实现绕飞平面、绕飞大小、绕飞形状、绕飞时间、绕飞圈数以及绕飞初始位置等均可设置的具有高度灵活性的绕飞轨迹规划方案；该方法可应用于某些在轨服务过程中对另一目标卫星的绕飞任务，可更好的满足对绕飞路径的多种需求。的满足对绕飞路径的多种需求。的满足对绕飞路径的多种需求。

【技术实现步骤摘要】
一种基于三角函数的全方位绕飞路径设计方法


[0001]本专利技术涉及空间安全与维护
，具体涉及一种对目标实现全方位绕飞的路径设计方法。

技术介绍

[0002]随着航天技术应用领域的飞速拓展，空间在轨服务受到越来越多的重视，针对目标的绕飞视察也逐渐成为服务飞行器必要具备的能力，以此对目标航天器进行健康监测或获得目标航天器的各项数据。
[0003]作为服务飞行器控制系统的重要组成部分，绕飞路径设计的合理性和可行性决定着在轨服务任务的成败。目前空间中对目标的绕飞大多为轨道平面内
‑
即轨道系XOZ面内的椭圆绕飞，这种常规绕飞方式符合相对运动规律，但由于在轨服务任务的复杂性和特殊性，往往需要在轨道平面外或与轨道平面成特定夹角形成非椭圆绕飞轨迹，此时常规的平面内椭圆绕飞便不能满足任务需求。
[0004]可以理解的是，上述陈述仅提供与本专利技术有关的
技术介绍
，而并不必然地构成现有技术。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于提供一种基于三角函数的全方位绕飞路径设计方法，该方法采用基于空间三角函数的轨迹规划，使绕飞轨迹可以为空间中的任意圆或椭圆，以实现绕飞平面、绕飞大小、绕飞形状、绕飞时间、绕飞圈数以及绕飞初始位置等均可设置的具有高度灵活性的绕飞轨迹规划方案。
[0006]为了达到上述目的，本专利技术通过以下技术方案实现：
[0007]一种基于三角函数的全方位绕飞路径设计方法，包含：
[0008]S1、定义飞行器的全方位绕飞参数；
[0009]S2、结合S1中定义的绕飞参数，采用空间三角函数的方式设定绕飞轨迹中的编队向量；
[0010]S3、将S2得到的编队向量从绕飞坐标系转换到可执行的轨道坐标系。
[0011]可选的，所述S1中定义的全方位绕飞参数包含：
[0012]x轴向绕飞半径R
a
、z轴向绕飞半径R
p
、绕飞椭圆拱线幅角ω、初始相位角E0、绕飞倾角i、绕飞升交点角度Ω、绕飞时间长度T、绕飞圈数n、绕飞角度θ、绕飞加速度时间T
a
、绕飞坐标系。
[0013]可选的，所述S2中，
[0014]将整个绕飞轨迹分为匀加速段、匀速段和匀减速段三个飞行段，将绕飞路径位置编队向量定义为l＝[l
x l
y l
z
]，速度编队向量定义为采用空间三角函数的方法设计绕飞坐标系下编队向量。
[0015]可选的，所述S2中，匀加速段编队向量的设计包含：
[0016]绕飞加速度a
ω
：
[0017]绕飞角速度ω
r
：ω
r
＝a
ω
·
t，
[0018]绕飞角度α：α＝0.5
·
a
ω
·
t2+E0，
[0019]t
r
表示当前阶段绕飞时间，t表示启动绕飞后总时间，在匀加速段有t
r
＝t；
[0020][0021][0022][0023]可选的，所述S2中，匀速段编队向量的设计包含：
[0024]绕飞角速度ω
r
：ω
r
＝a
ω
·
T
a
，其中，a
ω
为绕飞加速度，
[0025]当前阶段绕飞时间t
r
：t
r
＝t
‑
T
a
，t
r
为当前阶段绕飞时间，t为启动绕飞后的总时间，
[0026]绕飞角度α：
[0027]l
x
＝R
a cos(α)
[0028][0029]l
z
＝R
p
sin(α)
[0030][0031]l
y
＝0
[0032][0033]可选的，所述S2中，匀减速段编队向量的设计包含：
[0034]当前阶段绕飞时间t
r
：t
r
＝t
‑
T
a
‑
T
y
，其中，T
y
为匀速段时间，
[0035]绕飞角速度ω
r
：ω
r
＝a
ω
·
(T
a
‑
t
r
)，其中，a
ω
为绕飞加速度，
[0036]绕飞角度α：其中，ω0为初始绕飞角速度，
[0037]l
x
＝R
a
cos(α)
[0038][0039]l
z
＝R
p
sin(α)
[0040][0041]l
y
＝0
[0042][0043]可选的，所述S3中将编队向量由绕飞坐标系转为可执行的轨道坐标系包含：
[0044]为使得飞行器可在轨道坐标系下执行绕飞，并考虑点坐标位置，对绕飞坐标系下的编队向量进行一次3
‑1‑
3的矩阵变换：
[0045]绕飞坐标系到轨道坐标系的转换阵为：
[0046]A
rb
＝A3(
‑
Ω)A1(
‑
i)A3(
‑
ω)，
[0047]将编队矢量转到轨道坐标系下：
[0048][0049]本专利技术与现有技术相比具有以下优点：
[0050]本专利技术的一种基于三角函数的全方位绕飞路径设计方法中，采用基于空间三角函数的轨迹规划，使绕飞轨迹可以为空间中的任意圆或椭圆，以实现绕飞平面、绕飞大小、绕飞形状、绕飞时间、绕飞圈数以及绕飞初始位置等均可设置的具有高度灵活性的绕飞轨迹规划方案；该方法可应用于某些在轨服务过程中对另一目标卫星的绕飞任务，可更好的满足对绕飞路径的多种需求。
[0051]进一步的，该方法定义明确，具有普遍适应性。该方法通过定义了十一项绕飞基本参数，以实现绕飞平面、绕飞大小、绕飞形状、绕飞时间、绕飞圈数以及绕飞初始位置等均可设置，通过设置基本参数，可以完成飞行器对目标的任意形式的绕飞，具有普遍适应性。
[0052]进一步的，该方法简单且操作性强，可星上自主实现。该方法计算简便，过程明确，能够星上自主实现，提升了卫星自主化水平。
附图说明
[0053]图1为本专利技术的一种基于三角函数的全方位绕飞路径设计方法示意图；
[0054]图2为本专利技术的一种绕飞平面内轨迹规划示意图；
[0055]图3为本专利技术的一种绕飞倾角示意图；
[0056]图4为本专利技术的一种绕飞升角点角度示意图。
具体实施方式
[0057]以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本专利技术做进一步阐述。
[0058]由前述可知，对本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于三角函数的全方位绕飞路径设计方法，其特征在于，包含：S1、定义飞行器的全方位绕飞参数；S2、结合S1中定义的绕飞参数，采用空间三角函数的方式设定绕飞轨迹中的编队向量；S3、将S2得到的编队向量从绕飞坐标系转换到可执行的轨道坐标系。2.如权利要求1所述的基于三角函数的全方位绕飞路径设计方法，其特征在于，所述S1中定义的全方位绕飞参数包含：x轴向绕飞半径R
a
、z轴向绕飞半径R
p
、绕飞椭圆拱线幅角ω、初始相位角E0、绕飞倾角i、绕飞升交点角度Ω、绕飞时间长度T、绕飞圈数n、绕飞角度θ、绕飞加速度时间T
a
、绕飞坐标系。3.如权利要求2所述的基于三角函数的全方位绕飞路径设计方法，其特征在于，所述S2中，将整个绕飞轨迹分为匀加速段、匀速段和匀减速段三个飞行段，将绕飞路径位置编队向量定义为l＝[l
x l
y l
z
]，速度编队向量定义为采用空间三角函数的方法设计绕飞坐标系下编队向量。4.如权利要求3所述的基于三角函数的全方位绕飞路径设计方法，其特征在于，所述S2中，匀加速段编队向量的设计包含：绕飞加速度a
ω
：绕飞角速度ω
r
：ω
r
＝a
ω
·
t，绕飞角度α：α＝0.5
·
a
ω
·
t2+E0，t
r
表示当前阶段绕飞时间，t表示启动绕飞后总时间，在匀加速段有t
r
＝t；l
x
＝R
a
cos(α)l
z
＝R
p
sin(α)sin(α)5.如权利要求3所述的基于三角函数的全方位绕飞路径设计方法，其特征在于，所述S2中，匀速段编队向量的设计包含：绕飞角速度ω
r
：ω
r
＝a
ω
·
T
...

【专利技术属性】
技术研发人员：龚腾上，龚思进，冯建军，姜泽华，张抒扬，
申请(专利权)人：上海航天控制技术研究所，
类型：发明
国别省市：