CN111024094A - 飞行器自主允许离轨判断方法 - Google Patents

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王洪涛
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Abstract

本发明公开了一种飞行器自主允许离轨判断方法，包括：确定飞行器离轨时刻TLG、理论位置
Figure DDA0002331686320000011
及离轨点精度位置门限ΔL，并将TLG、
Figure DDA0002331686320000012
及ΔL上注给飞行器；确定飞行器自主允许离轨判断的时刻TCHK；获取飞行器TCHK时刻位置
Figure DDA0002331686320000013
速度
Figure DDA0002331686320000014
计算飞行器TCHK时刻瞬时轨道根数a,e,Ω,i,ω,M；计算飞行器TLG时刻的位置
Figure DDA0002331686320000015
计算飞行器自主允许离轨判断结果。相比于现有技术，本发明提出的技术方案，通过对飞行器的离轨时刻和位置进行目标设定，飞行器通过计算理论离轨位置与实际离轨位置的误差，从而自主完成允许离轨的判断，缓解了现有技术在飞行器离轨判断上的不足。

Description

飞行器自主允许离轨判断方法
技术领域
本发明涉及返回式飞行器GNC分系统控制领域，具体涉及允许离轨判断方法，特别是一种基于预测离轨点精度的自主允许离轨判断方法。
背景技术
返回式飞行器的允许离轨判断，主要是根据飞行器的当前状况判断是否满足离轨条件。飞行器的当前状况判断包括设备健康状态判断以及轨道状态判断。设备健康状态一般是指飞行器的电量、推进剂量、导航设备功能和性能的判断，设备健康状态判断与飞行器的配置紧密相关，不具有通用性。轨道状态判断是指判定飞行器的轨道误差是否满足飞行器的离轨机动能力要求，与飞行器具体配置不耦合，具有一定的通用性。本发明涉及的自主允许离轨判断指飞行器的轨道状态判断。
在工程实践中，允许离轨判断一般分地面判断和航天员自主判断。地面判断是指地面人员根据飞行器的遥测传输的飞行器位置、速度等轨道信息，判断轨道根数偏离标称轨道根数的情况。若轨道偏离超过设定的阈值，则认为轨道已经严重偏离标称轨道，无法按照原定的离轨时刻进行离轨。地面判断的优点是对飞行器的计算能力要求小，可靠性较高。地面判断的缺点是对地面测控资源和中继资源的依赖性较强，当地面测控站和中继资源较少时，遥测传输的轨道信息较少，会导致轨道预报精度较差，将可能会对轨道的偏离程度产生误导。
航天员自主判断是指飞行器上的航天员根据当前的位置、速度等轨道信息，判断轨道根数偏离标称轨道根数的情况，若偏离超过设定的阈值，则认为轨道已经严重偏离标称轨道，无法按照原定的离轨时刻进行离轨。航天员自主判断的优点是对地面测控资源和中继资源的依赖性较弱，但其缺点是对航天员的依赖性较高。
传统的两种允许离轨判断方法对于测控资源或者航天员的依赖性较高，因此在应用上具有一定的局限性。在测控资源有限或无航天员的飞行器上，传统的允许离轨判断方法不再适用。鉴于此，本发明提出一种飞行器自主允许离轨判断方法，以缓解现有技术的局限性。
发明内容
一种飞行器自主允许离轨判断方法，包括：确定飞行器离轨时刻TLG、理论位置
Figure BDA0002331686300000021
及离轨点精度位置门限ΔL，并将TLG、
Figure BDA0002331686300000022
及ΔL上注给飞行器；确定飞行器自主允许离轨判断的时刻TCHK；获取飞行器TCHK时刻位置
Figure BDA0002331686300000023
速度
Figure BDA0002331686300000024
计算飞行器TCHK时刻瞬时轨道根数a,e,Ω,i,ω,M；计算飞行器TLG时刻的位置
Figure BDA0002331686300000025
计算飞行器自主允许离轨判断结果。
进一步地，确定TLG、
Figure BDA0002331686300000026
及ΔL，的方法，包括：通过飞行器的遥测数据和定轨数据计算确定，ΔL大于轨道预报误差Δ1。
进一步地，确定飞行器自主允许离轨判断时刻TCHK的方法，包括：TCHK与TLG的关系为TLG-TCHK＞DTPre，DTPre为飞行器离轨前的准备时间。
进一步地，获取飞行器TCHK时刻位置
Figure BDA0002331686300000027
速度
Figure BDA0002331686300000028
的方法，包括：根据飞行器导航结果确定。
进一步地，计算飞行器自主允许离轨判断结果的方法，包括：如果
Figure BDA0002331686300000029
和
Figure BDA00023316863000000210
满足
Figure BDA00023316863000000211
那么飞行器允许离轨。
本发明的有益效果如下：
本发明提供的技术方案可以包括以下有益效果：通过确定飞行器离轨时刻TLG、理论位置
Figure BDA00023316863000000212
及离轨点精度位置门限ΔL，并将TLG、
Figure BDA00023316863000000213
及ΔL上注给飞行器，对飞行器的离轨时刻和位置进行目标设定，飞行器通过计算理论离轨位置与实际离轨位置的误差，从而自主完成允许离轨的判断。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本公开。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一种实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一种飞行器自主允许离轨判断方法流程示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
图1为本发明实施例一种飞行器自主允许离轨判断方法流程示意图，如图1所示，该方法包括如下六个步骤。
步骤S101：确定飞行器离轨时刻和理论位置。具体地，确定飞行器离轨时刻TLG、理论位置
Figure BDA0002331686300000031
及离轨点精度位置门限ΔL，并将TLG、
Figure BDA0002331686300000032
及ΔL上注给飞行器。TLG、
Figure BDA0002331686300000033
及ΔL通过飞行器的遥测数据和定轨数据计算确定，ΔL大于轨道预报误差Δ1。
需要进行说明的是，飞行器的位置是通过笛卡尔直角坐标给出的，不同的坐标系给出的数值不同，常用的坐标系包括赤道惯性系、地心固连系等。
在一个可选的实施例中，地面人员确定离轨时刻TLG为某日12:00，离轨时刻飞行器理论位置为
Figure BDA0002331686300000034
在赤道惯性系的坐标为：
Figure BDA0002331686300000035
轨道预报误差Δ1＝8km，离轨点精度位置门限ΔL需满足以下公式并留有一定余量ΔL＞Δ1，确定ΔL＝10km。
在离轨制动前的测控区内，将TLG，
Figure BDA0002331686300000036
以及离轨点精度位置门限ΔL上注给飞行器。
步骤S102：确定飞行器自主允许离轨判断时刻。具体地，确定飞行器自主允许离轨判断时刻TCHK，TCHK与TLG的关系为TLG-TCHK＞DTPre，DTPre为飞行器离轨前的准备时间。
需要说明的是，TLG-TCHK不可过大，过大会使轨道外推精度会变差。另一方面，过早地进入离轨前姿态调整，增大推进剂消耗。
以步骤S101可选实施例的离轨时刻为基准，假设在离轨前开启相关设备的时间为5s，姿态调整时间为30s，则可以设置：TLG-TCHK＝40s，即TCHK为11:59:20。
步骤S103：获取飞行器判断时刻位置和速度。在一个可选的实施例中，根据飞行器导航结果获取飞行器TCHK时刻位置
Figure BDA0002331686300000041
速度
Figure BDA0002331686300000042
在一个可选的实施例中，在TCHK时刻的获取结果为：
赤道惯性系位置
Figure BDA0002331686300000043
赤道惯性系速度
Figure BDA0002331686300000044
步骤S104：计算飞行器判断时刻轨道根数。需要进行说明的是，通过飞行器在笛卡尔坐标系下的位置和速度，可以计算飞行器的轨道根数，计算步骤为现有技术。
根据步骤S103给出的TCHK时刻位置和速度，计算得到轨道根数如下a＝6653.4km；e＝0.0177；Ω＝1.1909rad；i＝0.7178rad；ω＝3.1263rad；M＝2.3513rad。
步骤S105：计算飞行器离轨时刻位置。具体地，根据步骤S104给出的轨道根数进行轨道外推40秒，得到离轨时刻TLG的轨道根数，将TLG时刻的轨道根数转换为赤道惯性系位置
Figure BDA0002331686300000045
根据S104的轨道根数，得到离轨时刻TLG赤道惯性系位置
Figure BDA0002331686300000046
Figure BDA0002331686300000047
步骤S106：计算飞行器自主允许离轨判断结果。具体地，如果
Figure BDA0002331686300000048
和
Figure BDA0002331686300000049
满足
Figure BDA00023316863000000410
那么飞行器允许离轨。
根据S105计算的
Figure BDA00023316863000000411
与S101中设置的
Figure BDA00023316863000000412
进行比较，
Figure BDA00023316863000000413
因此飞行器不允许离轨。
在另一个可选的实施例中，ΔL＝10km，TLG-TCHK＝40s，
Figure BDA00023316863000000414
相应的数据如下表所示。
Figure BDA0002331686300000051
则
Figure BDA0002331686300000052
此实施例中，飞行器允许离轨。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种飞行器自主允许离轨判断方法，其特征在于，包括：
确定所述飞行器离轨时刻TLG、理论位置
Figure FDA0002331686290000011
及离轨点精度位置门限ΔL，并将所述TLG、
Figure FDA0002331686290000012
及ΔL上注给所述飞行器；
确定所述飞行器自主允许离轨判断的时刻TCHK；
获取所述飞行器TCHK时刻位置
Figure FDA0002331686290000013
速度
Figure FDA0002331686290000014
计算所述飞行器TCHK时刻瞬时轨道根数a,e,Ω,i,ω,M；
计算所述飞行器TLG时刻的位置
Figure FDA0002331686290000015
计算所述飞行器自主允许离轨判断结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的确定TLG、
Figure FDA0002331686290000016
及ΔL，的方法，包括：通过所述飞行器的遥测数据和定轨数据计算确定，所述ΔL大于轨道预报误差Δ1。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的确定飞行器自主允许离轨判断时刻TCHK的方法，包括：所述TCHK与TLG的关系为TLG-TCHK＞DTPre，所述DTPre为飞行器离轨前的准备时间。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的获取飞行器TCHK时刻位置
Figure FDA0002331686290000017
速度
Figure FDA0002331686290000018
的方法，包括：根据所述飞行器导航结果确定。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述的计算飞行器自主允许离轨判断结果的方法，包括：
如果所述
Figure FDA0002331686290000019
和
Figure FDA00023316862900000110
满足
Figure FDA00023316862900000111
那么所述飞行器允许离轨。
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