一种面向空间站健康巡视的组合体可见性分析方法技术

本发明专利技术公开了一种面向空间站健康巡视的组合体可见性分析方法，所述分析方法包括以下步骤：S1：输入空间站的相关参数，利用随机点生成算法模块生成随机点的坐标；S2：利用可见性判别算法模块根据所得随机点坐标，判断随机点在微纳集群下的可见性；S3：利用可见的随机点与随机点的总数比值，对微纳集群对于空间平台的可见性进行表征。从可行性的角度出发首先需要考虑的问题就是微纳卫星对于空间站的可见性分析，当空间站附近存在一个由多个微纳卫星构成的绕飞编队对空间站实施健康监测时，利用蒙特卡洛打靶法分析微纳卫星编队对空间站的覆盖率问题。覆盖率问题。覆盖率问题。

【技术实现步骤摘要】
一种面向空间站健康巡视的组合体可见性分析方法


[0001]本专利技术涉及航天领域
，具体为一种面向空间站健康巡视的组合体可见性分析方法。

技术介绍

[0002]空间碎片是指分布在距离地面100
‑
4000km空间范围内地球环绕轨道上，且不受人为控制的空间物体。一般的，可将空间碎片分为自然形成的空间碎片以及人为形成的空间碎片。所谓自然形成的空间碎片具体是指起源于星际或行星际空间的微小宇宙尘埃或是微陨石；而人为形成的空间碎片是指人类在进行太空探索活动时所产生的诸如超过涉及寿命的报废航天器、火箭上面级残骸等一系列“太空垃圾”。
[0003]空间碎片对空间站而言主要具有如下三个方面的危害性：1)空间碎片与空间站碰撞会影响空间站表面材料的性能，例如空间站表面的热控材料收到撞击后会导致空间站的热控失衡；2)空间碎片与空间站的撞击会导致空间站表面器件、空间站结构造成损伤，从而导致空间站无法正常运行；3)空间碎片与空间站撞击会导致空间站姿态的改变，甚至会是空间站偏离预设轨道。
[0004]为了避免上述空间碎片给空间站所带来的严重危害，目前主要有以下两类措施：1)针对较大的空间碎片可通过地面或空间站上的观测设备，当空间碎片距离空间站较近时及时发出空间碎片碰撞预警，空间站通过一些列机动策略实现避碰；2)针对较小的空间碎片，由于无法利用设备对其进行观测，因此仅能通过空间站上的监测设备或航天员定期出舱巡视来及时发现碰撞部位从而实现修复。针对第二类方案，由于空间站上的监测设备存在视觉死角以及航天员出舱活动范围受限，可能导致无法及时发现微小空间碎片与空间站发生碰撞的情况。
[0005]因此针对这种局限性，提出了利用微纳卫星针对在轨运行的空间站实施监测检查的方案。但是，该方案没有参照性分析，严重影响了微纳卫星的可行性考量，对微纳卫星的实际应用提出了难题。

技术实现思路

[0006]针对现有技术中存在的问题，本专利技术提供一种面向空间站健康巡视的组合体可见性分析方法，从可行性的角度出发首先需要考虑的问题就是微纳卫星对于空间站的可见性分析，当空间站附近存在一个由多个微纳卫星构成的绕飞编队对空间站实施健康监测时，利用蒙特卡洛打靶法分析微纳卫星编队对空间站的覆盖率问题。
[0007]本专利技术是通过以下技术方案来实现：一种面向空间站健康巡视的组合体可见性分析方法，所述分析方法包括以下步骤：
[0008]S1：输入空间站的相关参数，利用随机点生成算法模块生成随机点的坐标；
[0009]S2：利用可见性判别算法模块根据所得随机点坐标，判断随机点在微纳集群下的可见性；
[0010]S3：利用可见的随机点与随机点的总数比值，对微纳集群对于空间平台的可见性进行表征。
[0011]进一步的，所述空间站的相关参数包括轨道参数、空间平台的几何形状参数、微纳卫星编队中各微纳卫星的相对绕飞初始状态x0、y0、z0、其中x0表示微纳卫星相对空间站的位置在以空间站为坐标原点的LVLH坐标系中x方向的分量，y0表示微纳卫星相对空间站的位置在以空间站为坐标原点的LVLH坐标系中y方向的分量，z0表示微纳卫星相对空间站的位置在以空间站为坐标原点的LVLH坐标系中z方向的分量，表示微纳卫星相对空间站的速度在以空间站为坐标原点的LVLH坐标系中x方向的分量，表示微纳卫星相对空间站的速度在以空间站为坐标原点的LVLH坐标系中y方向的分量，表示微纳卫星相对空间站的速度在以空间站为坐标原点的LVLH坐标系中z方向的分量。
[0012]进一步的，在S1时，定义变量num；所述定义变量num用于表征在N次打靶所生成的N个随机点中可被观测点的数量，并令num的初始值等于0；
[0013]定义1维向量flag，flag元素用于表征微纳卫星针对一个随机点的可见性，flag＝1表示可见，flag＝0表示不可见。
[0014]进一步的，利用随机点可见性判别算法模块生成随机点的三维坐标；
[0015]根据微纳卫星相对绕飞初始状态，利用随机点可见性判别算法模块得到flag＝0
[0016]若flag＝1，则令num＝num+1并返回利用随机点生成算法模块生成随机点的三维坐标(x,y,z)，若flag(i)＝0则直接返回利用随机点生成算法模块生成随机点的三维坐标(x,y,z)；
[0017]完成N打靶后，微纳卫星编队对空间站的覆盖率η＝num/N。
[0018]进一步的，所述随机点的生成包括以下步骤：
[0019]输入空间站的三维几何特征；
[0020]根据空间站的几何特征将空间站进行拆分，认为其由若干不同类型的三维几何面以及所构成，并将所有面编号为1,2,3,
…
,n1+n2+n3。
[0021]进一步的，定义M维向量randperm，维度M为拆分的所有面的面积之比的和，randperm中的元素由所有面的编号构成且每个编号的个数之比与编号所对应面的面积之比相等；
[0022]从向量randperm中随机取出一个元素，用于表征随机点会出现在空间站的C
i
面；
[0023]在确定随机点出现在C
i
面后，根据C
i
面的几何特征确定需要多少个自由度free才可以确定随机点在C
i
面上的位置；
[0024]根据确定的C
i
面的自由度free，在C
i
面上给出随机点的三维坐标(x,y,z)；
[0025]检验生成的随机点(x,y,z)是否位于面所相交遮挡的位置，若(x,y,z)位于上述位置则返回从向量randperm中随机取出一个元素，用于表征随机点会出现在空间站的C
i
面，否则输出随机点三维坐标(x,y,z)。
[0026]进一步的，所述可见性判别算法模块包括以下步骤：
[0027]输入空间站的轨道参数、微纳编队中第i颗微纳卫星S
i
的相对绕飞初始状态
以及随机点的三维坐标(x,y,z)。
[0028]进一步的，定义判别变量ex用于表征随机点的可见性，ex＝1表示可以被观测，ex＝0表示无法被观测，并初始令ex＝0；
[0029]定义时间序列其中T表示微纳卫星S
i
的运动周期，N'表示将微纳卫星S
i
的一个周期进行等分的份数；
[0030]从时间序列Time顺序选取时刻t，利用式(1)计算t时刻微纳卫星S
i
的位置X
i
；
[0031][0032]其中，n表示空间站的轨道角速度。
[0033]进一步的，定义三维时变向量vector1，用于表征t时刻由空间站LVLH坐标系原点指向X
i
的空间向量；
[0034]定义三维时变向量vector2，用于表征t时刻由随机点(x,y,z)指向X
i
的空间向量；
[0035本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向空间站健康巡视的组合体可见性分析方法，其特征在于，所述分析方法包括以下步骤：S1：输入空间站的相关参数，利用随机点生成算法模块生成随机点的坐标；S2：利用可见性判别算法模块根据所得随机点坐标，判断随机点在微纳集群下的可见性；S3：利用可见的随机点与随机点的总数比值，对微纳集群对于空间平台的可见性进行表征。2.根据权利要求1所述的一种面向空间站健康巡视的组合体可见性分析方法，其特征在于，所述空间站的相关参数包括轨道参数、空间平台的几何形状参数、微纳卫星编队中各微纳卫星的相对绕飞初始状态x0、y0、z0、其中x0表示微纳卫星相对空间站的位置在以空间站为坐标原点的LVLH坐标系中x方向的分量，y0表示微纳卫星相对空间站的位置在以空间站为坐标原点的LVLH坐标系中y方向的分量，z0表示微纳卫星相对空间站的位置在以空间站为坐标原点的LVLH坐标系中z方向的分量，表示微纳卫星相对空间站的速度在以空间站为坐标原点的LVLH坐标系中x方向的分量，表示微纳卫星相对空间站的速度在以空间站为坐标原点的LVLH坐标系中y方向的分量，表示微纳卫星相对空间站的速度在以空间站为坐标原点的LVLH坐标系中z方向的分量。3.根据权利要求1所述的一种面向空间站健康巡视的组合体可见性分析方法，其特征在于，在S1时，定义变量num；所述定义变量num用于表征在N次打靶所生成的N个随机点中可被观测点的数量，并令num的初始值等于0；定义1维向量flag，flag元素用于表征微纳卫星针对一个随机点的可见性，flag＝1表示可见，flag＝0表示不可见。4.根据权利要求1所述的一种面向空间站健康巡视的组合体可见性分析方法，其特征在于，利用随机点可见性判别算法模块生成随机点的三维坐标；根据微纳卫星相对绕飞初始状态，利用随机点可见性判别算法模块得到flag＝0若flag＝1，则令num＝num+1并返回利用随机点生成算法模块生成随机点的三维坐标(x,y,z)，若flag(i)＝0则直接返回利用随机点生成算法模块生成随机点的三维坐标(x,y,z)；完成N打靶后，微纳卫星编队对空间站的覆盖率η＝num/N。5.根据权利要求1所述的一种面向空间站健康巡视的组合体可见性分析方法，其特征在于，所述随机点的生成包括以下步骤：输入空间站的三维几何特征；根据空间站的几何特征将空间站进行拆分，认为其由若干不同类型的三维几何面以及所构成，并将所有面编号为1,2,3,
…
,n1+n2+n3。6.根据权利要求1所述的一种面向空间站健康巡视的组合体可见性分析方法，其特征
在于，定义M维向量randperm，维度M为拆分的所有面的面积之比的和，randperm中的元素由所有面的编号构成且每个编号的个数之比与编号所对应面的面积之比相等；从向量randperm中随机取出一个元素，用于表征随机点会出现在空间站的C
i
面；在确定随机点出现在C
i
面后，根据C
i
面的几何特征确定需要多少个自由度free才可以确定随机点在C
i
面上的位置；根据确定的C
i
面的自由度free，在C
i
面上给出随机点的三维坐标(x,y,z)；检验生成的随机点(x,y,z)是否位于面所相交遮挡的位置，若(x,y,z)位于上述位置则返回从向量randperm中随机取出一个元素，用于表征随机点会出现在空间站的C
i
面，否则输出随机点三维坐标(x,y,z)。7.根据权利要求1所述的一种面向空间站健康巡视的组合体可见性分析方法，其特征在于，所述可见性判别算法模块包括以下步骤：输入空间站的轨道参数、微纳编队中第i颗微纳卫星S
i
的相对绕...

【专利技术属性】
技术研发人员：党朝辉，焦博涵，孙军，刘传凯，周昊，刘培栋，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：