【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于航天器编队飞行制导控制领域，涉及一种基于预测相关系数拟合的编队飞行相对运动预测方法。
技术介绍
1、航天器在近圆轨道长时间编队是完成对地干涉成像、高精度重力场测量等任务的前提条件，而相对运动预测是编队飞行制导控制必不可少的计算环节。工程上对于相对运动预测通常采用cw方程单点外推方式，这种方式没有充分利用已有的相对导航运动状态数据，且均存在较大的误差，难以满足长时间构型保持的要求。
技术实现思路
1、本专利技术的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种基于预测相关系数拟合的编队飞行相对运动预测方法，可用于近圆轨道编队场景下的相对运动预测计算，且直接利用已有相对导航运动状态数据即可进行计算，精度高，满足长时间构型保持的要求，便于工程实现。
2、本专利技术的技术解决方案是：
3、一种基于预测相关系数拟合的编队飞行相对运动预测方法，包括：
4、根据主航天器轨道坐标系和从航天器轨道坐标系的定义，获得相对导航运动状态数据；
5、根据获得的相对导航运动状态数据，拟合计算预测相关系数；
6、根据预测相关系数，对相对运动进行预测。
7、优选的，根据主航天器轨道坐标系和从航天器轨道坐标系的定义，获得相对导航运动状态数据的方法为：
8、设在近圆轨道编队飞行过程中主航天器始终处于自由运动状态，从航天器相对导航系统根据t时刻采集的主航天器轨道坐标系下从航天器相对主航天器的三轴位置数据x(t)、y(t)、z(
9、
10、其中，t0为设定的起始时刻，tk(k＝0,1,2,…,n)为设定的相对导航运动状态相关数据采集时刻，n(tk)为tk时刻的主航天器轨道角速度，hxz(tk)、hy(tk)、yxz(tk)、yy(tk)分别为tk时刻主航天器轨道坐标系下从航天器相对主航天器的面内测量矩阵、面外测量矩阵、面内位置、面外位置。
11、优选的，tk＞tk-1＞…＞t1＞t0。
12、优选的，
13、主航天器轨道坐标系为：原点oo为主航天器质心，oozo轴指向地球的质心，ooyo轴垂直于oozo轴，指向轨道角速度的负方向，ooxo轴与oozo、ooyo轴构成右手坐标系；
14、从航天器轨道坐标系为：原点od为从航天器质心，odzd轴指向地球的质心，odyd轴垂直于odzd轴，指向轨道角速度的负方向，odxd轴与odzd、odyd轴构成右手坐标系。
15、优选的，所述计算预测相关系数具体方法为：
16、1)设定t0时刻面内拟合中间量矩阵面内拟合中间矢量面外拟合中间量矩阵面外拟合中间矢量即pxz(t0)为4×4维矩阵，qxz(t0)为4×1维矢量，py(t0)为2×2维矩阵，qy(t0)为2×1维矢量，hxz(t0)、hy(t0)、yxz(t0)、yy(t0)分别为t0时刻主航天器轨道坐标系下从航天器相对主航天器的面内测量矩阵、面外测量矩阵、面内位置、面外位置；
17、2)tk时刻，k＝1,2,...,n
18、
19、其中，hxz(tk)、hy(tk)、yxz(tk)、yy(tk)分别为tk时刻主航天器轨道坐标系下从航天器相对主航天器的面内测量矩阵、面外测量矩阵、面内位置、面外位置；
20、3)计算面内中间拟合系数面外中间拟合系数
21、4)利用面内中间拟合系数和面外中间拟合系数，在约束下，求解优化决策变量ζ＝[ζ1ζ2ζ3ζ4ζ5]t，其中，预测的面外相对位置yfity(tk)＝[ζ1+ζ2(tk-t0)]sin[ζ3(tk-t0)+ζ4]+ζ5，获得优化决策变量的解为
22、优选的，若采用迭代方式求解优化决策变量，ζ的初值ζ0＝[ζ01 ζ02 ζ03 ζ04 ζ05]t满足ζ02＝0，ζ03＝n(t0)，ζ05＝0，n(t0)为t0时刻的主航天器轨道角速度。
23、优选的，根据预测相关系数对相对运动进行预测，设指定预测时刻为tpred，预测方法如下：
24、
25、其中，ypredx(tpred)、ypredy(tpred)、ypredz(tpred)分别为预测时刻主航天器轨道坐标系下从航天器相对主航天器的三轴位置，分别为预测时刻主航天器轨道坐标系下从航天器相对主航天器的三轴速度，n(t)为当前时刻主航天器轨道坐标系下的主航天器轨道角速度，t0为设定的起始时刻。
26、一种基于预测相关系数拟合的编队飞行相对运动预测系统，包括相对导航运动状态数据获取模块、预测相关系数拟合计算模块以及相对运动预测模块；
27、相对导航运动状态数据获取模块：根据主航天器轨道坐标系和从航天器轨道坐标系的定义，获得相对导航运动状态数据；
28、预测相关系数拟合计算模块：根据获得的相对导航运动状态数据，拟合计算预测相关系数；
29、相对运动预测模块：根据预测相关系数，对相对运动进行预测。
30、优选的，预测相关系数拟合计算模块拟合计算预测相关系数的方法如下：
31、1)设定t0时刻面内拟合中间量矩阵面内拟合中间矢量面外拟合中间量矩阵面外拟合中间矢量即pxz(t0)为4×4维矩阵，qxz(t0)为4×1维矢量，py(t0)为2×2维矩阵，qy(t0)为2×1维矢量，hxz(t0)、hy(t0)、yxz(t0)、yy(t0)分别为t0时刻主航天器轨道坐标系下从航天器相对主航天器的面内测量矩阵、面外测量矩阵、面内位置、面外位置；
32、2)tk时刻，k＝1,2,...,n
33、
34、其中，hxz(tk)、hy(tk)、yxz(tk)、yy(tk)分别为tk时刻主航天器轨道坐标系下从航天器相对主航天器的面内测量矩阵、面外测量矩阵、面内位置、面外位置；
35、3)计算面内中间拟合系数面外中间拟合系数
36、4)利用面内中间拟合系数和面外中间拟合系数，在约束下，求解优化决策变量ζ＝[ζ1 ζ2 ζ3 ζ4 ζ5]t，其中，预测的面外相对位置yfity(tk)＝[ζ1+ζ2(tk-t0)]sin[ζ3(tk-t0)+ζ4]+ζ5，获得优化决策变量的解为
37、优选的，相对运动预测模块根据预测相关系数对相对运动进行预测，设指定预测时刻为tpred，预测方法如下：
38、
39、其中，ypredx(tpred)、ypredy(tpred)、ypredz(tpred)分别为预测时刻主航天器轨道坐标系下从航天器相对主航天器的三轴位置，分别为预测时刻主航天器轨道坐标系下从航天器相对主航天器的三轴速度，n(t)为当前时刻主航天器轨道坐标系下的主航天器轨道角速度，t0为设定的起始时刻。
40、本专利技术与现有技术相比的优点在于：
41、(1)本专利技术相对运动预测方法以获得的相本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于预测相关系数拟合的编队飞行相对运动预测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于预测相关系数拟合的编队飞行相对运动预测方法，其特征在于，根据主航天器轨道坐标系和从航天器轨道坐标系的定义，获得相对导航运动状态数据的方法为：
3.根据权利要求2所述的一种基于预测相关系数拟合的编队飞行相对运动预测方法，其特征在于，tk＞tk-1＞…＞t1＞t0。
4.根据权利要求2所述的一种基于预测相关系数拟合的编队飞行相对运动预测方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的一种基于预测相关系数拟合的编队飞行相对运动预测方法，其特征在于，所述计算预测相关系数具体方法为：
6.根据权利要求5所述的一种基于预测相关系数拟合的编队飞行相对运动预测方法，其特征在于，若采用迭代方式求解优化决策变量，ζ的初值ζ0＝[ζ01 ζ02 ζ03 ζ04 ζ05]T满足ζ02＝0，ζ03＝n(t0)，ζ05＝0，n(t0)为t0时刻的主航天器轨道角速度。
7.根据权利要求5所述的一种基于预测相关系数拟合的编队飞行相对运动预
8.一种基于预测相关系数拟合的编队飞行相对运动预测系统，其特征在于，包括相对导航运动状态数据获取模块、预测相关系数拟合计算模块以及相对运动预测模块；
9.根据权利要求8所述的一种基于预测相关系数拟合的编队飞行相对运动预测系统，其特征在于，预测相关系数拟合计算模块拟合计算预测相关系数的方法如下：
10.根据权利要求9所述的一种基于预测相关系数拟合的编队飞行相对运动预测系统，其特征在于，相对运动预测模块根据预测相关系数对相对运动进行预测，设指定预测时刻为tpred，预测方法如下：
...【技术特征摘要】
1.一种基于预测相关系数拟合的编队飞行相对运动预测方法，其特征在于，包括：
2.根据权利要求1所述的一种基于预测相关系数拟合的编队飞行相对运动预测方法，其特征在于，根据主航天器轨道坐标系和从航天器轨道坐标系的定义，获得相对导航运动状态数据的方法为：
3.根据权利要求2所述的一种基于预测相关系数拟合的编队飞行相对运动预测方法，其特征在于，tk＞tk-1＞…＞t1＞t0。
4.根据权利要求2所述的一种基于预测相关系数拟合的编队飞行相对运动预测方法，其特征在于，
5.根据权利要求1所述的一种基于预测相关系数拟合的编队飞行相对运动预测方法，其特征在于，所述计算预测相关系数具体方法为：
6.根据权利要求5所述的一种基于预测相关系数拟合的编队飞行相对运动预测方法，其特征在于，若采用迭代方式求解优化决策变量，ζ的初值ζ0＝[ζ01 ζ02 ζ03 ζ...
【专利技术属性】
技术研发人员：龚立纲，刘洁，徐阳，蒋庆华，赵明，郭子熙，李克行，孟雅哲，
申请(专利权)人：北京控制工程研究所，
类型：发明
国别省市：
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