【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及编队卫星在轨逆光告警，特别是一种geo双星协同逆光告警方法。
技术介绍
1、航天器在轨面临空间碎片等失控非合作目标碰撞威胁，高灵敏度大视场可见光敏感器是远距离及时发现并预警碎片威胁的有效手段。然而，作为一种依赖太阳光源进行目标探测的手段，可见光敏感器在太阳光直射时存在一定视场盲区，在该区域内不具备观测能力，因此对处于逆光区的空间碎片不能实现远距离发现预警，从而不能及时采取规避等应对措施。因此需要进行航天器在轨逆光告警方法研究，提升航天器及时发现威胁并规避碰撞的能力。
2、常用的逆光探测手段包括红外敏感器、微波雷达。红外敏感器对目标的红外辐射能量进行感知，辐射能量包括目标自身辐射以及目标反射太阳辐射等。然而，由于碎片自身不产生热量且外形尺寸一般较小，因此在空间中红外敏感器对碎片目标的探测能力非常有限，甚至目标的红外辐射可能无法达到敏感器的灵敏度门限。微波雷达是一种主动式探测手段，通过发射电磁波，目标产生回波由雷达接收机接收，进行信号处理获取目标信息。逆光下雷达回波底噪略有抬高，但对探测距离和目标检测能力的影响很微弱。但是，微波雷达对重量、功耗的资源需求远远大于被动式探测手段，探测距离有限，且观测视场较小。
3、综上分析，由于空间碎片威胁可能从全向空间出现，同时鉴于红外敏感器、微波雷达自身固有的缺陷，航天器在轨针对远距离碎片目标的告警发现优先采用高灵敏度大视场可见光手段，因此逆光告警成为急需解决的难题。此外，航天器在轨期间的逆光区一直在相对变化，如何设计时变的逆光区探测告警方法是逆光告警的另一个
技术实现思路
1、本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种geo双星协同逆光告警方法，有效解决单星可见光相机在逆光条件下无法告警的问题，保证航天器编队在轨远距离对碎片等威胁及时发现预警。
2、本专利技术的技术解决方案是：一种geo双星协同逆光告警方法，逆光告警任务由双星编队目标卫星a和追踪卫星b共同完成；
3、令目标卫星a和追踪卫星b处于geo轨道一前一后伴飞状态；所述目标卫星a和追踪卫星b均搭载可见光载荷，所述可见光载荷存在阳光规避角，基于各自的阳光规避角形成各卫星的告警范围；
4、伴飞状态下，利用geo轨道自然绕飞周期与太阳光照变化周期恰好均为24h的特性，选择追踪卫星b的起绕点；在追踪卫星b的起绕点给追踪卫星b施加速度脉冲，使追踪卫星b周期性地围绕目标卫星a进行自然绕飞，进入双星编队绕飞轨道构型状态；
5、双星编队绕飞轨道构型状态下，在每个绕飞周期内能够始终形成由目标卫星a和追踪卫星b告警范围互补叠加的编队协同告警范围，双星编队通过星间通信进行协同逆光告警，进而实现对空间物体的全向空间实时告警能力。
6、进一步，所述的起绕点，为伴飞状态下目标卫星a和追踪卫星b的连线与太阳矢量方向的夹角为90°时，追踪卫星b所处的轨道位置，通过施加一次速度脉冲，使追踪卫星b周期性地围绕目标卫星a进行自然绕飞。
7、进一步，所述速度脉冲的计算步骤包括：
8、在卫星a的hill坐标系中建立目标卫星a与追踪卫星b之间的相对运动方程；
9、求解所述相对运动方程的在周期运动条件下解析解；
10、根据解析解，结合geo轨道自然绕飞的约束条件，得到追踪卫星b相对于目标卫星a在hill坐标系下x方向和y方向的速度表达式，根据指定的绕飞轨道椭圆轨迹参数，结合上述速度表达式，得到追踪卫星b在起绕点施加脉冲后的速度；
11、根据上述速度和伴飞状态下追踪卫星b在起绕点施加脉冲前的速度得到速度脉冲增量。
12、再进一步，所述相对运动方程在周期运动条件下的解析解，利用以下公式实现，
13、
14、其中，x(t),y(t),z(t),为追踪卫星b相对于目标卫星a在卫星ahill坐标系下的三维位置和三维速度随时间的变化值，n为目标卫星a的平均轨道角速度，下标0为x(t),y(t),z(t),在初始时刻对应的三维位置和三维速度值。
15、再进一步，所述的追踪卫星b相对于目标卫星a在hill坐标系下x方向和y方向的速度表达式为：
16、
17、其中，yc为绕飞轨道椭圆轨迹相对于轨道系原点沿y方向的偏移量。
18、再进一步，所述速度脉冲增量，利用以下计算公式实现，
19、
20、其中，为追踪卫星b在起绕点施加脉冲后在x方向的速度，为追踪卫星b在起绕点施加脉冲后在y方向的速度，为伴飞状态下追踪卫星b在起绕点施加脉冲前在x方向的速度，为伴飞状态下追踪卫星b在起绕点施加脉冲前在y方向的速度。
21、进一步，所述的告警范围，利用告警距离公式计算，
22、
23、
24、其中，mv为空间物体的等效星等，a为空间物体的等效截面积，ρ为空间物体的表面反射率，φ为太阳、空间物体与卫星可见光载荷之间的夹角，夹角范围0°～180°，r为告警距离；
25、根据上述公式计算在不同太阳光照角下的告警距离即为告警范围。
26、再进一步，所述的协同告警范围的计算过程为：
27、分别利用目标卫星a和追踪卫星b的阳光规避角以(180°-阳光规避角)作为φ的取值边界代入告警距离公式，得到目标卫星a和追踪卫星b的不同太阳光照角下的告警距离；取不同太阳光照角下目标卫星a和追踪卫星b的最大告警距离，形成的告警范围即为协同告警范围。
28、进一步，所述的最小协同告警距离根据任务需求设定，通过将自然绕飞椭圆轨道半短轴拉长而增大最小协同告警距离。
29、进一步，所述的目标卫星a和追踪卫星b间具有星间组网通信功能，当空间物体进入双星任一颗卫星的告警范围内触发告警，双星任一颗触发告警后，可将告警信息转发给另外一颗卫星。
30、本专利技术与现有技术相比的优点在于：
31、(1)利用双星编队的空间几何关系实现双星互补可见光载荷的逆光盲区，有效解决了单星携带的可见光相机逆光下无法告警问题；
32、(2)利用geo轨道卫星自然绕飞与光照变化的周期匹配特性，根据太阳矢量设计双星自然绕飞的轨道构型，实现时变的逆光区告警；
33、(3)通过一次轨道机动实现自然绕飞，构型形成后不再消耗速度增量；
34、(4)利用本方法根据在轨场景进行仿真验证，双星互补后具备24h内全向空间的告警能力，可应用于geo轨道航天器远距离碎片威胁及时发现预警问题。
本文档来自技高网...【技术保护点】
1.一种GEO双星协同逆光告警方法，其特征在于：逆光告警任务由双星编队目标卫星A和追踪卫星B共同完成；
2.根据权利要求1所述的GEO双星协同逆光告警方法，其特征在于：所述的起绕点，为伴飞状态下目标卫星A和追踪卫星B的连线与太阳矢量方向的夹角为90°时，追踪卫星B所处的轨道位置，通过施加一次速度脉冲，使追踪卫星B周期性地围绕目标卫星A进行自然绕飞。
3.根据权利要求1所述的GEO双星协同逆光告警方法，其特征在于：所述速度脉冲的计算步骤包括：
4.根据权利要求3所述的GEO双星协同逆光告警方法，其特征在于：所述相对运动方程在周期运动条件下的解析解，利用以下公式实现，
5.根据权利要求4所述的GEO双星协同逆光告警方法，其特征在于：所述的追踪卫星B相对于目标卫星A在HILL坐标系下X方向和Y方向的速度表达式为：
6.根据权利要求5所述的GEO双星协同逆光告警方法，其特征在于：所述速度脉冲增量，利用以下计算公式实现，
7.根据权利要求1所述的GEO双星协同逆光告警方法，其特征在于：所述的告警范围，利用告警距离公式计
8.根据权利要求7所述的GEO双星协同逆光告警方法，其特征在于，所述的协同告警范围的计算过程为：
9.根据权利要求1所述的GEO双星协同逆光告警方法，其特征在于：所述的最小协同告警距离根据任务需求设定，通过将自然绕飞椭圆轨道半短轴拉长而增大最小协同告警距离。
10.根据权利要求1所述的GEO双星协同逆光告警方法，其特征在于：所述的目标卫星A和追踪卫星B间具有星间组网通信功能，当空间物体进入双星任一颗卫星的告警范围内触发告警，双星任一颗触发告警后，可将告警信息转发给另外一颗卫星。
...【技术特征摘要】
1.一种geo双星协同逆光告警方法，其特征在于：逆光告警任务由双星编队目标卫星a和追踪卫星b共同完成；
2.根据权利要求1所述的geo双星协同逆光告警方法，其特征在于：所述的起绕点，为伴飞状态下目标卫星a和追踪卫星b的连线与太阳矢量方向的夹角为90°时，追踪卫星b所处的轨道位置，通过施加一次速度脉冲，使追踪卫星b周期性地围绕目标卫星a进行自然绕飞。
3.根据权利要求1所述的geo双星协同逆光告警方法，其特征在于：所述速度脉冲的计算步骤包括：
4.根据权利要求3所述的geo双星协同逆光告警方法，其特征在于：所述相对运动方程在周期运动条件下的解析解，利用以下公式实现，
5.根据权利要求4所述的geo双星协同逆光告警方法，其特征在于：所述的追踪卫星b相对于目标卫星a在hill坐标系下x方向和y方向的速度表达式...
【专利技术属性】
技术研发人员：孙小凡，李恩奇，张强，杨聪伟，张加迅，徐广德，郑桂波，李铁映，贺子鹏，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：
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