專利名稱：基于兩行根數(shù)的衛(wèi)星軌道維持控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種衛(wèi)星軌道維持控制方法。
背景技術(shù)：
衛(wèi)星在軌期間由于受到大氣阻力的影響，導(dǎo)致衛(wèi)星的星下點(diǎn)軌跡發(fā)生漂移。對于諸如不具備側(cè)擺功能的詳查測繪衛(wèi)星或有特定地面軌跡間距要求的雷達(dá)測高衛(wèi)星而言，進(jìn)行軌道設(shè)計(jì)時必須要使其在既定的回歸周期之內(nèi)能夠?qū)崿F(xiàn)全球無漏縫覆蓋或?qū)崿F(xiàn)嚴(yán)格的軌跡網(wǎng)格間距要求，因此必須要進(jìn)行衛(wèi)星的軌道維持控制，否則衛(wèi)星在自由漂移的無控狀態(tài)下運(yùn)行一段時間以后，軌間距將會發(fā)生變化，導(dǎo)致覆蓋出現(xiàn)漏縫或軌跡間距跳出網(wǎng)格要求。由于太陽活動和空間環(huán)境的不確定性，對高層大氣密度的預(yù)報仍然不夠精確，使得理論計(jì)算的控制周期、軌控量等參數(shù)與實(shí)際情況會有較大出入。因此，軌控參數(shù)的制定應(yīng)結(jié)合當(dāng)時在軌的變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)和預(yù)測，這就需要有相應(yīng)的真實(shí)軌道數(shù)據(jù)來源。一般有條件情況下，可由衛(wèi)星軌道測量單位每天計(jì)算的軌道根數(shù)作為輸入，但是由于地域限制、接口協(xié)調(diào)、人員占用、精力投入和數(shù)據(jù)保密等客觀條件的限制，使得長期、穩(wěn)定的獲取衛(wèi)星軌道測量單位的數(shù)據(jù)變得繁瑣，甚至非業(yè)務(wù)相關(guān)單位很難獲取，以及獲取的范圍僅限本國衛(wèi)星，而無法對世界上其他國家先進(jìn)衛(wèi)星進(jìn)行跟蹤與相關(guān)技術(shù)指標(biāo)的分析。目前，國內(nèi)外進(jìn)行衛(wèi)星某一段時期內(nèi)地面軌跡漂移的分析均是基于大氣密度為定值的假設(shè)，這種以不確定性且占主導(dǎo)作用的因素作為輸入，對軌跡漂移預(yù)報和控制計(jì)算具有較大的干擾。由于衛(wèi)星軌道測量單位具有特定的軌道數(shù)據(jù)優(yōu)勢，因此對衛(wèi)星軌道的衰減情況有充分的樣本可供分析，可直接對開普勒六根數(shù)的半長軸變化進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，雖然已經(jīng)過衛(wèi)星在軌驗(yàn)證，但這種基于衛(wèi)星真實(shí)軌道六根數(shù)的預(yù)報方式仍有較強(qiáng)的使用對象、衛(wèi)星歸屬等局限性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種基于公開的兩行根數(shù)數(shù)據(jù)對有地面軌跡維持要求的衛(wèi)星進(jìn)行軌道預(yù)報和控制方法，克服了以不穩(wěn)定大氣密度作為計(jì)算輸入帶來的誤差影響，提高了預(yù)報和控制計(jì)算的可靠性、準(zhǔn)確性。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是基于兩行根數(shù)的衛(wèi)星軌道維持控制方法，步驟如下(I)利用SGP4軌道確定模型解算衛(wèi)星兩行根數(shù)數(shù)據(jù)，得到衛(wèi)星在地球赤道旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下兩行根數(shù)歷元時刻的位置和速度，由此得到衛(wèi)星星下點(diǎn)的地理經(jīng)緯度；(2)根據(jù)衛(wèi)星的緯度幅角值判斷衛(wèi)星處于升軌弧段或者降軌弧段，將步驟(I)中得到的衛(wèi)星星下點(diǎn)地理經(jīng)緯度與約定的地面標(biāo)稱軌跡所屬弧段數(shù)據(jù)中同緯度的經(jīng)度值作比較，位置差作為每次樣本相對地面標(biāo)稱軌跡的結(jié)果；(3)采用平均法對步驟(2)得到的所有樣本進(jìn)行二次曲線擬合，得到擬合多項(xiàng)式y(tǒng) =A+Bx+Cx2,式中X為相對取樣時刻，y為衛(wèi)星星下點(diǎn)地面軌跡相對標(biāo)稱軌跡的位置差；
(4)根據(jù)擬合多項(xiàng)式的系數(shù)計(jì)算得到截至最新樣本時刻衛(wèi)星軌道半長軸實(shí)際值與標(biāo)稱值的差A(yù)at,以及樣本所處時間區(qū)間內(nèi)的衛(wèi)星軌道半長軸平均衰減率0,其中
權(quán)利要求
1.基于兩行根數(shù)的衛(wèi)星軌道維持控制方法，其特征在于步驟如下(1)利用SGP4軌道確定模型解算衛(wèi)星兩行根數(shù)數(shù)據(jù)，得到衛(wèi)星在地球赤道旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下兩行根數(shù)歷元時刻的位置和速度，由此得到衛(wèi)星星下點(diǎn)的地理經(jīng)緯度；(2)根據(jù)衛(wèi)星的緯度幅角值判斷衛(wèi)星處于升軌弧段或者降軌弧段，將步驟(I)中得到的衛(wèi)星星下點(diǎn)地理經(jīng)緯度與約定的地面標(biāo)稱軌跡所屬弧段數(shù)據(jù)中同緯度的經(jīng)度值作比較， 位置差作為每次樣本相對地面標(biāo)稱軌跡的結(jié)果；(3)采用平均法對步驟(2)得到的所有樣本進(jìn)行二次曲線擬合，得到擬合多項(xiàng)式y(tǒng)= A+Bx+Cx2,式中X為相對取樣時刻，y為衛(wèi)星星下點(diǎn)地面軌跡相對標(biāo)稱軌跡的位置差；(4)根據(jù)擬合多項(xiàng)式的系數(shù)計(jì)算得到截至最新樣本時刻衛(wèi)星軌道半長軸實(shí)際值與標(biāo)稱值的差A(yù)at,以及樣本所處時間區(qū)間內(nèi)的衛(wèi)星軌道半長軸平均衰減率.其中Δα,a j7Ike = ^~C，Re為地球赤道半徑，a為衛(wèi)星軌道半長軸標(biāo)稱值；(5)根據(jù)衛(wèi)星實(shí)際軌跡相對標(biāo)稱軌跡的允許漂移范圍[-ALmax,Λ Lmax],得到下一次軌控時機(jī) Τ。和控制量 Λ af，r = 二g.i#2+Μ· Aaf : 2 I^-ALmax ；c2CV 3πΚε(6)在軌控時刻T。采用相應(yīng)的控制量Aaf對衛(wèi)星的軌道進(jìn)行控制，使得衛(wèi)星下一次漂移期內(nèi)的實(shí)際軌跡相對標(biāo)稱軌跡的漂移范圍位于[-ALniax, Δ LmaJ之內(nèi)。
全文摘要
基于兩行根數(shù)的衛(wèi)星軌道維持控制方法，利用SGP4軌道確定模型解算衛(wèi)星公開的兩行根數(shù)數(shù)據(jù)，計(jì)算得到衛(wèi)星星下點(diǎn)的地理經(jīng)緯度，并與約定的地面標(biāo)稱軌跡作比較。將軌道歷元時刻相對首個樣本的時長作為自變量，地面軌跡距離差作為變量，使用平均法對所有樣本進(jìn)行二次曲線擬合，根據(jù)擬合多項(xiàng)式的系數(shù)計(jì)算得到截至最新樣本時刻衛(wèi)星軌道半長軸實(shí)際值與標(biāo)稱值的差Δat，以及樣本所處時間區(qū)間內(nèi)的衛(wèi)星軌道半長軸平均衰減率最后利用擬合出的二次曲線和允許的漂移范圍[-ΔLmax，ΔLmax]，預(yù)報得到下一次軌控時機(jī)Tc，以及需要使用的控制量Δaf，確保衛(wèi)星下一次漂移期內(nèi)的實(shí)際地面軌跡相對地面標(biāo)稱軌跡的位置在允許的漂移范圍之內(nèi)。
文檔編號G05D1/02GK102591343SQ201210028790
公開日2012年7月18日 申請日期2012年2月9日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月9日
發(fā)明者李志武, 譚田 申請人:航天東方紅衛(wèi)星有限公司