一种高轨卫星区域防护的单环巡视构形设计方法技术

本发明专利技术公开了一种高轨卫星区域防护的单环巡视构形设计方法，包括以下步骤：输入高轨卫星区域防护中防护对象的数量、轨道分布位置以及护卫距离、巡视卫星数量；根据护卫距离、轨道分布位置和防护对象的数量确定防护区域轨道的半径范围和相位范围，再计算巡视卫星西降和东升的转移时间及速度增量；计算巡视卫星东漂、西漂过程的转移时间；计算高轨卫星区域防护单环巡视构型的巡视周期，计算得到高轨卫星区域防护单环巡视构型中每个巡视卫星的燃料消耗，结合中的巡视卫星数量和防护区域轨道的相位范围，完成高轨卫星区域防护的单环巡视构形，本发明专利技术为高轨区域防护提供了一种快速、高效、节省燃料的单环巡视构型设计方法。节省燃料的单环巡视构型设计方法。节省燃料的单环巡视构型设计方法。

【技术实现步骤摘要】
一种高轨卫星区域防护的单环巡视构形设计方法


[0001]本专利技术涉及航空航天
，具体为一种高轨卫星区域防护的单环巡视构形设计方法。

技术介绍

[0002]随着航天技术的不断发展，全球各国家和机构发射的航天器数量日益增加，这意味着面对着有限的空间轨道资源，空间轨道竞争日益激烈，同时航天器数量的增加也意味着会产生更多的空间碎片，这些都增加了航天器的在轨威胁。尤其是已经在轨运行的高轨高价值卫星，不具备应对空间威胁的能力但自身价值又很高，因此需要利用巡视卫星对高轨高价值卫星进行巡视防护措施。但是目前国内外关于巡视构型设计的研究主要集中在针对单个航天器的巡视构型设计方面，现有文献有设计一种针对椭圆轨道上非合作目标进行长期绕飞监测的相对运动轨道构型，并提出了对应的绕飞轨道构型保持脉冲控制策略；也有针对卫星构型设计任务，在考虑了相对距离、燃料、机动能力的约束下提出了一种集群控制算法，能够保证构型内卫星保持在指定距离范围内；还有文献针对异面椭圆轨道目标航天器进行长时间绕飞观测的轨道设计与控制问题进行了研究，在考虑绕飞轨迹安全性和任务相对距离需求下设计了长期绕飞观测轨道，并给出了对应的双脉冲控制方法。但是目前关于构型设计的研究多是针对单个航天器的巡视构型设计问题，而针对包含多目标的大范围轨道区域的巡视防护构型设计研究仍是空白。
[0003]此外，由于高轨卫星的发射成本高、难度大，高轨卫星的燃料资源是十分宝贵、有限的。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的在于提供一种高轨卫星区域防护的单环巡视构形设计方法，以克服现有技术中空间碎片对航天器的威胁问题，对于高贵卫星无法更好保护的问题，提供了一种快速、高效、节省燃料的单环巡视构型设计方法。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]一种高轨卫星区域防护的单环巡视构形设计方法，包括以下步骤：
[0007]S1：获取高轨卫星区域防护中防护对象的数量、轨道分布位置、护卫距离和巡视卫星数量；
[0008]S2：根据护卫距离、轨道分布位置和防护对象的数量确定防护区域轨道的半径范围和相位范围，再根据防护区域轨道的半径范围和相位范围计算巡视卫星西降和东升的转移时间及速度增量；
[0009]S3：根据防护区域轨道的半径范围及相位范围分别计算巡视卫星东漂、西漂过程的转移时间；
[0010]S4：根据S2计算得到的巡视卫星西降和东升的转移时间和S3计算得到的巡视卫星东漂、西漂过程的转移时间，计算得到高轨卫星区域防护单环巡视构形的巡视周期，再根据
S2计算的到的速度增量，计算得到高轨卫星区域防护单环巡视构形中每个巡视卫星的燃料消耗，最后结合S1中的巡视卫星数量和S2防护区域轨道的相位范围，确定巡视星群分布相位，完成高轨卫星区域防护的单环巡视构形。
[0011]优选地，S2中防护区域轨道的相位范围计算方法为：
[0012][0013][0014][0015]其中，为防护区域轨道在地心极坐标系中最西侧相位，为防护区域轨道在地心极坐标系中最东侧相位，r
G
为防护对象分布轨道的半径，为防护对象分布轨道的相位，Δr
H
为护卫距离。
[0016]优选地，S2中防护区域轨道的半径范围计算方法为：
[0017][0018][0019]其中为防护区域轨道在地心极坐标系中的半径范围，r
G
为防护对象分布轨道的半径，Δr
H
为护卫距离。
[0020]优选地，S2中巡视卫星西降和东升过程的转移时间的计算采用霍曼转移公式计算。
[0021]优选地，速度增量的计算方法为：
[0022][0023][0024][0025][0026]和为东升两次的速度增量，和为西降两次的速度增量，μ为中心天体引力常数，为西漂轨道半长轴，为东漂轨道的半长轴，a3为霍曼转移的半长轴。
[0027]优选地，巡视卫星东漂、西漂过程的转移时间根据轨道力学公式分别计算。
[0028]优选地，S3具体为，先确定巡视卫星东漂、西漂过程的经度变化，再确定相位角的变化，根据巡视卫星东漂、西漂和防护对象的轨道高度分别计算的三者的轨道角速度，再分别计算巡视卫星东漂、西漂过程相对于防护对象的相对角速度，最后结合巡视卫星东漂、西漂过程的相位角范围和巡视卫星东漂、西漂过程相对于防护对象的相对角速度分别计算巡
视卫星东漂、西漂过程的转移时间。
[0029]优选地，巡视卫星东漂、西漂和防护对象的轨道角速度计算公式为：
[0030][0031][0032][0033]其中，r
G
为防护对象分布轨道的半径，Δr
H
为护卫距离，为巡视卫星东漂轨道角速度，为巡视卫星西漂轨道角速度，ω
G
为防护对象的轨道角速度，μ为中心天体引力常数。
[0034]优选地，东漂、西漂过程的转移时间计算方法为：
[0035][0036][0037]其中，t
E
为巡视卫星东漂转移时间，t
W
为巡视卫星西漂转移时间，为巡视卫星东漂过程中相位角变化差值，为巡视卫星东漂过程相对于防护对象的相对角速度，为巡视卫星西漂过程中相位角变化差值，为巡视卫星西漂过程相对于防护对象的相对角速度。
[0038]优选地，高轨卫星区域防护单环巡视构型的巡视周期为：
[0039]T
c
＝t
WD
+t
EU
+t
E
+t
W
[0040]其中，T
c
为高轨卫星区域防护单环巡视构型的巡视周期，t
WD
为防护区域轨道西降转移时间，t
EU
为防护区域轨道东升转移时间。
[0041]与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种高轨卫星区域防护的单环巡视构形设计方法，本设计方法基于轨道相对运动中东漂和西漂的自然转移过程和最省燃料的转移过程设计了巡视卫星星群的巡视轨迹及初始构型，且分析了所设计构型的巡视周期和燃料消耗情况，相较于传统的构型燃料更加节省。本专利技术为高轨区域防护提供了一种快速、高效、节省燃料的单环巡视构型设计方法。
附图说明
[0042]图1是本专利技术一种高轨卫星区域防护的单环巡视构形设计方法流程图；
[0043]图2是本专利技术高轨卫星区域护卫的单环巡视构形示意图；
[0044]图3是本专利技术东升过程轨道转移示意图；
[0045]图4是本专利技术高轨卫星区域防护地心极坐标系示意图；
[0046]图5是本专利技术高轨卫星区域防护区域示意图。
具体实施方式
[0047]下面结合具体的实施例对本专利技术做进一步的详细说明，所述是对本专利技术的解释而不是限定。
[0048]如图1所示，本专利技术为一种高轨卫星区域防护的单环巡视构形设计方法，包括以下步骤：
[0049]S1，输入高轨卫星区域防护本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高轨卫星区域防护的单环巡视构形设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：获取高轨卫星区域防护中防护对象的数量、轨道分布位置、护卫距离和巡视卫星数量；S2：根据护卫距离、轨道分布位置和防护对象的数量确定防护区域轨道的半径范围和相位范围，再根据防护区域轨道的半径范围和相位范围计算巡视卫星西降和东升的转移时间及速度增量；S3：根据防护区域轨道的半径范围及相位范围分别计算巡视卫星东漂、西漂过程的转移时间；S4：根据S2计算得到的巡视卫星西降和东升的转移时间和S3计算得到的巡视卫星东漂、西漂过程的转移时间，计算得到高轨卫星区域防护单环巡视构形的巡视周期，再根据S2计算的到的速度增量，计算得到高轨卫星区域防护单环巡视构形中每个巡视卫星的燃料消耗，最后结合S1中的巡视卫星数量和S2防护区域轨道的相位范围，确定巡视星群分布相位，完成高轨卫星区域防护的单环巡视构形。2.根据权利要求1所述的一种高轨卫星区域防护的单环巡视构形设计方法，其特征在于，所述S2中防护区域轨道的相位范围计算方法为：于，所述S2中防护区域轨道的相位范围计算方法为：于，所述S2中防护区域轨道的相位范围计算方法为：其中，为防护区域轨道在地心极坐标系中最西侧相位，为防护区域轨道在地心极坐标系中最东侧相位，r
G
为防护对象分布轨道的半径，为防护对象分布轨道的相位，Δr
H
为护卫距离。3.根据权利要求1所述的一种高轨卫星区域防护的单环巡视构形设计方法，其特征在于，所述S2中防护区域轨道的半径范围计算方法为：于，所述S2中防护区域轨道的半径范围计算方法为：其中为防护区域轨道在地心极坐标系中的半径范围，r
G
为防护对象分布轨道的半径，Δr
H
为护卫距离。4.根据权利要求1所述的一种高轨卫星区域防护的单环巡视构形设计方法，其特征在于，S2中巡视卫星西降和东升过程的转移时间的计算采用霍曼转移公式计算。5.根据权利要求4所述的一种高轨卫星区域防护的单环巡视构形设计方法，其特征在于，速度增量的计算方法为：
和为东升两次的速度增量，和为西降两次的速度增量，μ为中心天体引力常数，为西漂轨道半长轴，为东漂轨道的半长轴，a3为霍曼转移的半长轴。6.根据权利要求1所述的一种高轨卫星区域...

【专利技术属性】
技术研发人员：党朝辉，赵力冉，孙钦伯，曹璐，冉德超，焦博涵，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：