CN110562490B - 一种轨道注入参数正确性在轨自主诊断方法和系统 - Google Patents

一种轨道注入参数正确性在轨自主诊断方法和系统 Download PDF

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Abstract

一种轨道注入参数正确性在轨自主诊断方法，包括步骤如下：(1)将卫星接收到的地面站发送的新轨道注入参数赋值到新轨道注入参数值σI中；(2)计算新轨道注入参数值σI和正在使用的轨道注入参数值σ的一致性误差；(3)根据步骤(2)中的计算结果，进行轨道注入参数正确性判断，并将轨道注入参数正确性标志通过遥测下传反馈给地面装置；(4)根据接收到的轨道注入参数正确性标志进行轨道外推。本发明的方法由卫星在轨自主执行，避免了人工操作的弊端，很好地解决了轨道注入参数正确性自主诊断的问题。

Description

一种轨道注入参数正确性在轨自主诊断方法和系统
技术领域
本发明涉及航天器姿态确定与控制领域，涉及是一种轨道注入参数正确性在轨自主诊断方法。
背景技术
具有轨道外推计算能力的卫星可根据地面发送的轨道注入参数进行轨道外推计算。正确的轨道计算是姿态控制和卫星正常运行的基本保证。当轨道注入参数发生错误时，将导致卫星姿态翻转、卫星无法执行正常任务甚至整星失效等严重风险。目前主要依靠地面对要发送的轨道注入参数进行人工复核的方式保证其正确性，这种方式需要相当大的人工成本，且依赖于复核人员的责任心，无法完全规避轨道注入参数错误的风险。为解决这一类问题，需要针对轨道注入参数的正确性提出在轨自主诊断方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种轨道注入参数正确性在轨自主诊断方法和系统，利用卫星运行轨道的连续性先验知识，对接收到的新轨道注入参数与正在使用的轨道注入参数的一致性进行比对，并充分考虑定轨误差和可能的轨道机动变化，给出合理的一致性判断阈值。本发明的方法由卫星在轨自主执行，避免了人工操作的弊端，很好地解决了轨道注入参数正确性自主诊断的问题。
本发明的技术解决方案是：一种轨道注入参数正确性在轨自主诊断方法，包括步骤如下：
(1)将卫星接收到的地面站发送的新轨道注入参数赋值到新轨道注入参数值σI中；新轨道注入参数值σI为包含若干参数具有固定格式的一组数据，其格式与正在使用的轨道注入参数值σ格式相同；
(2)计算新轨道注入参数值σI和正在使用的轨道注入参数值σ的一致性误差；
(3)根据步骤(2)中的计算结果，进行轨道注入参数正确性判断，并将轨道注入参数正确性标志通过遥测下传反馈给地面装置；
(4)根据接收到的轨道注入参数正确性标志进行轨道外推。
轨道注入参数为{t0,λ0,λ1,λ2,Ω0,Ω1,Δa0,aΔ,i0}，属于新轨道注入参数值σI的参数用上标I标注，属于正在使用的轨道注入参数值σ的参数无上标标注；
其中，t0表示本组轨道注入参数的参考时刻；Δa0为t0时刻轨道拟平半长轴
Figure BDA0002151628560000021
减去地球半径Re之后的值，
Figure BDA0002151628560000022
aΔ为拟平半长轴的一阶长期系数；i0为t0时刻拟平轨道倾角；Ω0为t0时刻拟平升交点赤经；Ω1为拟平升交点赤经的一阶长期项系数；λ0为t0时刻
Figure BDA0002151628560000023
的初值
Figure BDA0002151628560000024
Figure BDA0002151628560000025
为t0时刻拟平平近地点角，
Figure BDA0002151628560000026
为t0时刻拟平近地点幅角，
Figure BDA0002151628560000027
表示拟平轨道幅角；λ1为
Figure BDA0002151628560000028
的长期项系数；λ2为
Figure BDA0002151628560000029
的二阶长期系数。
步骤(2)中，新轨道注入参数值σI和正在使用的轨道注入参数值σ的一致性误差的计算方法为：
(2.1)按如下公式计算轨道幅角一致性误差
Figure BDA00021516285600000210
Figure BDA00021516285600000211
其中，z＝mod(x,y)为求模函数，定义为z＝x-Ny，且|z|<y，N为整数；
(2.2)按如下公式计算升交点赤经一致性误差
Figure BDA00021516285600000212
Figure BDA00021516285600000213
(2.3)按如下公式计算轨道高度标称偏离值Δa0e，轨道倾角标称偏离值Δi0e和拟平半长轴一阶长期系数标称偏离值ΔaΔe：
Figure BDA00021516285600000214
其中，Δa0_init表示标称轨道高度值，i0_init表示标称轨道倾角值，aΔ_init表示标称拟平半长轴一阶长期系数值。
步骤(3)中，若|Δa0e|<Δa0m且|ΔaΔe|<aΔm且|Δi0e|<i0m且
Figure BDA0002151628560000031
且
Figure BDA0002151628560000032
则判断新轨道注入参数值σI通过一致性比对，置轨道注入参数正确性标志为“正确”；否则，判断新轨道注入参数值σI未通过一致性比对，置轨道注入参数正确性标志为“不正确”；
其中，Δa0m表示拟平轨道高度
Figure BDA0002151628560000033
的判断阈值；aΔm表示拟平半长轴的一阶长期系数
Figure BDA0002151628560000034
正确性判断阈值；i0m表示拟平轨道倾角
Figure BDA0002151628560000035
正确性判断阈值；
Figure BDA0002151628560000036
表示拟平轨道幅角
Figure BDA0002151628560000037
正确性判断阈值；
Figure BDA0002151628560000038
表示拟平升交点赤经
Figure BDA0002151628560000039
正确性判断阈值。
步骤(4)中，若轨道注入参数正确性标志为“正确”，则使用新轨道注入参数值σI替换正在使用的轨道注入参数值σ进行轨道外推；
若轨道注入参数正确性标志为“不正确”，则不使用新轨道注入参数值σI，仍保留正在使用的轨道注入参数值σ进行轨道外推。
一种轨道注入参数正确性在轨自主诊断系统，包括：
第一模块，用于将卫星接收到的地面站发送的新轨道注入参数赋值到新轨道注入参数值σI中；新轨道注入参数值σI为包含若干参数具有固定格式的一组数据，其格式与正在使用的轨道注入参数值σ格式相同；
第二模块，用于计算新轨道注入参数值σI和正在使用的轨道注入参数值σ的一致性误差，进行轨道注入参数正确性判断，并将轨道注入参数正确性标志通过遥测下传反馈给地面装置；
第三模块，用于根据接收到的轨道注入参数正确性标志进行轨道外推。
轨道注入参数为{t0,λ0,λ1,λ2,Ω0,Ω1,Δa0,aΔ,i0}，属于新轨道注入参数值σI的参数用上标I标注，属于正在使用的轨道注入参数值σ的参数无上标标注；
其中，t0表示本组轨道注入参数的参考时刻；Δa0为t0时刻轨道拟平半长轴
Figure BDA00021516285600000310
减去地球半径Re之后的值，
Figure BDA00021516285600000311
aΔ为拟平半长轴的一阶长期系数；i0为t0时刻拟平轨道倾角；Ω0为t0时刻拟平升交点赤经；Ω1为拟平升交点赤经的一阶长期项系数；λ0为t0时刻
Figure BDA00021516285600000312
的初值
Figure BDA00021516285600000313
Figure BDA00021516285600000314
为t0时刻拟平平近地点角，
Figure BDA0002151628560000041
为t0时刻拟平近地点幅角，
Figure BDA0002151628560000042
表示拟平轨道幅角；λ1为
Figure BDA0002151628560000043
的长期项系数；λ2为
Figure BDA0002151628560000044
的二阶长期系数。
第二模块中，新轨道注入参数值σI和正在使用的轨道注入参数值σ的一致性误差的计算方法为：
按如下公式计算轨道幅角一致性误差
Figure BDA0002151628560000045
Figure BDA0002151628560000046
其中，z＝mod(x,y)为求模函数，定义为z＝x-Ny，且|z|<y，N为整数；
按如下公式计算升交点赤经一致性误差
Figure BDA0002151628560000047
Figure BDA0002151628560000048
按如下公式计算轨道高度标称偏离值Δa0e，轨道倾角标称偏离值Δi0e和拟平半长轴一阶长期系数标称偏离值ΔaΔe：
Figure BDA0002151628560000049
其中，Δa0_init表示标称轨道高度值，i0_init表示标称轨道倾角值，aΔ_init表示标称拟平半长轴一阶长期系数值。
第二模块中，若|Δa0e|<Δa0m且|ΔaΔe|<aΔm且|Δi0e|<i0m且
Figure BDA00021516285600000410
且
Figure BDA00021516285600000411
则判断新轨道注入参数值σI通过一致性比对，置轨道注入参数正确性标志为“正确”；否则，判断新轨道注入参数值σI未通过一致性比对，置轨道注入参数正确性标志为“不正确”；
其中，Δa0m表示拟平轨道高度
Figure BDA00021516285600000418
的判断阈值；aΔm表示拟平半长轴的一阶长期系数
Figure BDA00021516285600000412
正确性判断阈值；i0m表示拟平轨道倾角
Figure BDA00021516285600000413
正确性判断阈值；
Figure BDA00021516285600000414
表示拟平轨道幅角
Figure BDA00021516285600000415
正确性判断阈值；
Figure BDA00021516285600000416
表示拟平升交点赤经
Figure BDA00021516285600000417
正确性判断阈值。
第三模块中，若轨道注入参数正确性标志为“正确”，则使用新轨道注入参数值σI替换正在使用的轨道注入参数值σ进行轨道外推；若轨道注入参数正确性标志为“不正确”，则不使用新轨道注入参数值σI，仍保留正在使用的轨道注入参数值σ进行轨道外推。
本发明相对于现有技术的优点在于：
(1)本发明通过接收到的新轨道注入参数与正在使用的轨道注入参数的一致性进行比对，充分利用卫星运行轨道的连续性先验知识，实现了轨道注入参数正确性在轨自主诊断；
(2)本发明通过卫星在轨自主判断轨道注入参数正确性的方式，避免了人工操作的弊端，节省了大量人工成本，规避了轨道注入参数错误的风险。
附图说明
图1为本发明轨道注入参数正确性在轨自主诊断方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明方法进行详细说明。
本发明提出一种轨道注入参数正确性在轨自主诊断方法，如图1所示，本发明方法包括具体实施流程如下：
(1)卫星接收到地面站发送的新轨道注入参数后，赋值到新轨道注入参数值σI中。具体为：
新轨道注入参数值σI为包含若干参数具有固定格式的一组数据，其格式与正在使用的轨道注入参数值σ格式相同，其中用于本方法的参数为{t0,λ0,λ1,λ2,Ω0,Ω1,Δa0,aΔ,i0}，属于新轨道注入参数值σI的参数用上标I标注，属于正在使用的轨道注入参数值σ的参数无上标标注，各参数的定义如下表所示：
Figure BDA0002151628560000051
Figure BDA0002151628560000061
(2)计算新轨道注入参数值σI和正在使用的轨道注入参数值σ的一致性误差。具体为：
首先按如下公式计算轨道幅角一致性误差
Figure BDA0002151628560000069
Figure BDA0002151628560000062
其中z＝mod(x,y)为求模函数，定义为z＝x-Ny，且|z|<y，N为整数。
然后按如下公式计算升交点赤经一致性误差
Figure BDA0002151628560000063
Figure BDA0002151628560000064
然后按如下公式计算轨道高度标称偏离值Δa0e，轨道倾角标称偏离值Δi0e和拟平半长轴一阶长期系数标称偏离值ΔaΔe：
Figure BDA0002151628560000065
其中Δa0_init表示标称轨道高度值，i0_init表示标称轨道倾角值，aΔ_init表示标称拟平半长轴一阶长期系数值。
(3)进行轨道注入参数正确性判断。具体为：
若|Δa0e|<Δa0m且|ΔaΔe|<aΔm且|Δi0e|<i0m且
Figure BDA0002151628560000066
且
Figure BDA0002151628560000067
则判断新轨道注入参数值σI通过一致性比对，置轨道注入参数正确性标志为“正确”；否则判断新轨道注入参数值σI未通过一致性比对，置轨道注入参数正确性标志为“不正确”；将轨道注入参数正确性标志通过遥测下传反馈给地面装置。公式中使用的判断变量定义如下表所示，且均可注入修改：
Figure BDA0002151628560000068
(4)根据接收到的轨道注入参数正确性标志进行轨道外推：
若新轨道注入参数值σI通过一致性比对，则使用新轨道注入参数值σI替换正在使用的轨道注入参数值σ，以之为基础进行轨道外推。具体为：
使用新轨道注入参数值σI的各项参数值替换正在使用的轨道注入参数值σ的对应参数，即σ＝σI。
若新轨道注入参数值σI未通过一致性比对，则不使用新轨道注入参数值σI，仍保留正在使用的轨道注入参数值σ，以之为基础进行轨道外推。具体为：不改变正在使用的轨道注入参数值σ的各项参数值。
一种轨道注入参数正确性在轨自主诊断系统，包括：
第一模块，用于将卫星接收到的地面站发送的新轨道注入参数赋值到新轨道注入参数值σI中；新轨道注入参数值σI为包含若干参数具有固定格式的一组数据，其格式与正在使用的轨道注入参数值σ格式相同；
第二模块，用于计算新轨道注入参数值σI和正在使用的轨道注入参数值σ的一致性误差，进行轨道注入参数正确性判断，并将轨道注入参数正确性标志通过遥测下传反馈给地面装置；
第三模块，用于根据接收到的轨道注入参数正确性标志进行轨道外推。
实施例1：
某卫星正在使用轨道注入参数值σ，通过地面站上注了新的轨道注入参数σI，分别如下表所示：
符号 正在使用的轨道注入参数值σ 地面站上注的轨道注入参数σ<sup>I</sup> 量纲
t<sub>0</sub> 2353.051 27553.051 s
Δa<sub>0</sub> 492.6970303 492.9644254 km
a<sub>Δ</sub> -1.908136159e-7 -1.908099030e-7 km/s
i<sub>0</sub> 1.698204514 1.698211288 rad
Ω<sub>0</sub> -2.842860846 -2.837883582 rad
Ω<sub>1</sub> 1.964875807e-7 1.964712359e-7 rad/s
λ<sub>0</sub> -0.842276314 1.922112675 rad
λ<sub>1</sub> 0.001107101 0.001107036 rad/s
λ<sub>2</sub> 2.308954599e-14 2.308685045e-14 rad/s<sup>2</sup>
按本发明的轨道注入参数正确性在轨自主诊断方法，和星上装订的参数值Δa0_init＝500km，i0_init＝1.70rad，aΔ_init＝0，首先计算：
Figure BDA0002151628560000081
Figure BDA0002151628560000082
Figure BDA0002151628560000083
Figure BDA0002151628560000084
Figure BDA0002151628560000085
Figure BDA0002151628560000086
Figure BDA0002151628560000087
根据卫星设置的判断阈值参数如下表所示：
Figure BDA0002151628560000088
进行一致性比对判断，有|Δa0e|<Δa0m，|ΔaΔe|<aΔm，|Δi0e|<i0m，
Figure BDA0002151628560000089
Figure BDA00021516285600000810
因此判断新轨道注入参数值σI通过一致性比对，置轨道注入参数正确性标志为“正确”，将轨道注入参数正确性标志通过遥测下传反馈给地面装置；
使用新轨道注入参数值σI的各项参数值替换正在使用的轨道注入参数值σ的对应参数，更新后使用的轨道注入参数值σ的各项参数如下表所示：
Figure BDA00021516285600000811
Figure BDA0002151628560000091
本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (6)

1.一种轨道注入参数正确性在轨自主诊断方法，其特征在于，包括步骤如下：
(1)将卫星接收到的地面站发送的新轨道注入参数赋值到新轨道注入参数值σI中；新轨道注入参数值σI为包含若干参数具有固定格式的一组数据，其格式与正在使用的轨道注入参数值σ格式相同；
轨道注入参数为{t0,λ0,λ1,λ2,Ω0,Ω1,Δa0,aΔ,i0}，属于新轨道注入参数值σI的参数用上标I标注，属于正在使用的轨道注入参数值σ的参数无上标标注；
其中，t0表示本组轨道注入参数的参考时刻；Δa0为t0时刻轨道拟平半长轴
Figure FDA0002737927100000011
减去地球半径Re之后的值，
Figure FDA0002737927100000012
aΔ为拟平半长轴的一阶长期项系数；i0为t0时刻拟平轨道倾角；Ω0为t0时刻拟平升交点赤经；Ω1为拟平升交点赤经的一阶长期项系数；λ0为t0时刻
Figure FDA0002737927100000013
的初值
Figure FDA0002737927100000014
Figure FDA0002737927100000015
为t0时刻拟平平近地点角，
Figure FDA0002737927100000016
为t0时刻拟平近地点幅角，
Figure FDA0002737927100000017
表示拟平轨道幅角；λ1为
Figure FDA0002737927100000018
的长期项系数；λ2为
Figure FDA0002737927100000019
的二阶长期项系数；
(2)计算新轨道注入参数值σI和正在使用的轨道注入参数值σ的一致性误差；
步骤(2)中，新轨道注入参数值σI和正在使用的轨道注入参数值σ的一致性误差的计算方法为：
(2.1)按如下公式计算轨道幅角一致性误差
Figure FDA00027379271000000110
Figure FDA00027379271000000111
其中，z＝mod(x,y)为求模函数，定义为z＝x-Ny，且|z|<y，N为整数；
(2.2)按如下公式计算升交点赤经一致性误差
Figure FDA00027379271000000112
Figure FDA00027379271000000113
(2.3)按如下公式计算轨道高度标称偏离值Δa0e，轨道倾角标称偏离值Δi0e和拟平半长轴一阶长期项系数标称偏离值ΔaΔe：
Figure FDA0002737927100000021
其中，Δa0_init表示标称轨道高度值，i0_init表示标称轨道倾角值，aΔ_init表示标称拟平半长轴一阶长期项系数值；
(3)根据步骤(2)中的计算结果，进行轨道注入参数正确性判断，并将轨道注入参数正确性标志通过遥测下传反馈给地面装置；
(4)根据接收到的轨道注入参数正确性标志进行轨道外推。
2.根据权利要求1所述的一种轨道注入参数正确性在轨自主诊断方法，其特征在于：步骤(3)中，若|Δa0e|<Δa0m且|ΔaΔe|<aΔm且|Δi0e|<i0m且
Figure FDA0002737927100000022
且
Figure FDA0002737927100000023
则判断新轨道注入参数值σI通过一致性比对，置轨道注入参数正确性标志为“正确”；否则，判断新轨道注入参数值σI未通过一致性比对，置轨道注入参数正确性标志为“不正确”；
其中，Δa0m表示拟平轨道高度
Figure FDA0002737927100000024
的判断阈值；aΔm表示拟平半长轴的一阶长期项系数
Figure FDA0002737927100000025
正确性判断阈值；i0m表示拟平轨道倾角
Figure FDA0002737927100000026
正确性判断阈值；
Figure FDA0002737927100000027
表示拟平轨道幅角
Figure FDA0002737927100000028
正确性判断阈值；
Figure FDA0002737927100000029
表示拟平升交点赤经
Figure FDA00027379271000000210
正确性判断阈值。
3.根据权利要求2所述的一种轨道注入参数正确性在轨自主诊断方法，其特征在于：步骤(4)中，若轨道注入参数正确性标志为“正确”，则使用新轨道注入参数值σI替换正在使用的轨道注入参数值σ进行轨道外推；
若轨道注入参数正确性标志为“不正确”，则不使用新轨道注入参数值σI，仍保留正在使用的轨道注入参数值σ进行轨道外推。
4.一种轨道注入参数正确性在轨自主诊断系统，其特征在于，包括：
第一模块，用于将卫星接收到的地面站发送的新轨道注入参数赋值到新轨道注入参数值σI中；新轨道注入参数值σI为包含若干参数具有固定格式的一组数据，其格式与正在使用的轨道注入参数值σ格式相同；
第二模块，用于计算新轨道注入参数值σI和正在使用的轨道注入参数值σ的一致性误差，进行轨道注入参数正确性判断，并将轨道注入参数正确性标志通过遥测下传反馈给地面装置；
第三模块，用于根据接收到的轨道注入参数正确性标志进行轨道外推；
轨道注入参数为{t0,λ0,λ1,λ2,Ω0,Ω1,Δa0,aΔ,i0}，属于新轨道注入参数值σI的参数用上标I标注，属于正在使用的轨道注入参数值σ的参数无上标标注；
其中，t0表示本组轨道注入参数的参考时刻；Δa0为t0时刻轨道拟平半长轴
Figure FDA0002737927100000031
减去地球半径Re之后的值，
Figure FDA0002737927100000032
aΔ为拟平半长轴的一阶长期项系数；i0为t0时刻拟平轨道倾角；Ω0为t0时刻拟平升交点赤经；Ω1为拟平升交点赤经的一阶长期项系数；λ0为t0时刻
Figure FDA0002737927100000033
的初值
Figure FDA0002737927100000034
Figure FDA0002737927100000035
为t0时刻拟平平近地点角，
Figure FDA0002737927100000036
为t0时刻拟平近地点幅角，
Figure FDA0002737927100000037
表示拟平轨道幅角；λ1为
Figure FDA0002737927100000038
的长期项系数；λ2为
Figure FDA0002737927100000039
的二阶长期项系数；
第二模块中，新轨道注入参数值σI和正在使用的轨道注入参数值σ的一致性误差的计算方法为：
按如下公式计算轨道幅角一致性误差
Figure FDA00027379271000000310
Figure FDA00027379271000000311
其中，z＝mod(x,y)为求模函数，定义为z＝x-Ny，且|z|<y，N为整数；
按如下公式计算升交点赤经一致性误差
Figure FDA00027379271000000312
Figure FDA00027379271000000313
按如下公式计算轨道高度标称偏离值Δa0e，轨道倾角标称偏离值Δi0e和拟平半长轴一阶长期项系数标称偏离值ΔaΔe：
Figure FDA00027379271000000314
其中，Δa0_init表示标称轨道高度值，i0_init表示标称轨道倾角值，aΔ_init表示标称拟平半长轴一阶长期项系数值。
5.根据权利要求4所述的一种轨道注入参数正确性在轨自主诊断系统，其特征在于：第二模块中，若|Δa0e|<Δa0m且|ΔaΔe|<aΔm且|Δi0e|<i0m且
Figure FDA00027379271000000315
且
Figure FDA00027379271000000316
则判断新轨道注入参数值σI通过一致性比对，置轨道注入参数正确性标志为“正确”；否则，判断新轨道注入参数值σI未通过一致性比对，置轨道注入参数正确性标志为“不正确”；
其中，Δa0m表示拟平轨道高度
Figure FDA0002737927100000041
的判断阈值；aΔm表示拟平半长轴的一阶长期项系数
Figure FDA0002737927100000042
正确性判断阈值；i0m表示拟平轨道倾角
Figure FDA0002737927100000043
正确性判断阈值；
Figure FDA0002737927100000044
表示拟平轨道幅角
Figure FDA0002737927100000045
正确性判断阈值；
Figure FDA0002737927100000046
表示拟平升交点赤经
Figure FDA0002737927100000047
正确性判断阈值。
6.根据权利要求5所述的一种轨道注入参数正确性在轨自主诊断系统，其特征在于：第三模块中，若轨道注入参数正确性标志为“正确”，则使用新轨道注入参数值σI替换正在使用的轨道注入参数值σ进行轨道外推；若轨道注入参数正确性标志为“不正确”，则不使用新轨道注入参数值σI，仍保留正在使用的轨道注入参数值σ进行轨道外推。
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