CN111290433B - 一种长期自主编队联合管道保持方法 - Google Patents
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Abstract
本发明一种长期自主编队联合管道保持方法，包含：1)卫星计算确定空间管道的实际管径Rt，判断Rt是否满足条件；2)判断编队主星当前实际倾角值与星载计算机预存的目标倾角值之间偏差绝对值是否满足条件；3)编队主星根据平面内轨道参数调整量生成两脉冲控制策略与控制指令；通过星间链路将编队主星生成的控制策略和指令传送给编队辅星；4)编队主星根据平面内和平面外轨道参数调整量生成联合控制策略与控制指令控制；通过星间链路将控制指令传给编队辅星；5)完成长期自主的编队联合管道控制。
Description
技术领域
本发明涉及卫星的轨道与编队控制技术，具体涉及一种编队卫星的联合管道保持方法。
背景技术
随着科技的进步和需求的变化，航天器由最开始的单星朝向多星协同的大趋势发展。编队飞行是20世纪80年代后期，伴随着微小卫星的发展而出现的一种新的航天器空间运行模式。卫星编队飞行可以承担更多维度的载荷功能，相比单个卫星具有明显的优势，从概念诞生伊始就得到世界各航天大国的青睐。
对于编队卫星不仅需要保证星间的相对运动关系，同时还需要保证作为编队基准的编队主星绝对运行轨道的空间管道约束。编队卫星之间相对关系的保持通过编队辅星执行编队保持控制实现，而空间管道约束通过编队主星执行管道保持控制实现。显然，编队卫星具有“多约束、强耦合”的特点。由于我国卫星编队飞行技术起步较晚，在卫星编队控制工程实践上，现有研究成果往往存在约束不完整、算法过度复杂等不足。因此，有必要针对编队卫星的具体工程复杂约束，设计一种适应工程研制实际需求的编队卫星联合管道保持方法。
发明内容
本发明解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提出一种长期自主编队联合管道保持方法，能够实现编队卫星的高精度联合管道保持，适用于双星编队的自主协同管道保持控制，亦可方便拓展为多星自主编队联合管道保持控制。
本发明通过以下技术方案实现：
一种长期自主编队联合管道保持方法，包括如下步骤：
步骤1编队主星根据GNSS接收机实时测量数据以及星载计算机预先设计的目标基准轨道信息进行比对计算确定当前空间管道的实际管径Rt，判断Rt是否满足下式；若未满足，则不需要控制，卫星继续进行自然摄动漂移；若满足，则开始执行步骤2；
步骤2判断编队主星当前实际倾角值与星载计算机预存的目标倾角值之间偏差绝对值|Δi|是否满足下式；若满足，则进行步骤4；若不满足，则进行步骤3；
步骤3编队主星根据平面内轨道参数调整量生成两脉冲控制策略与控制指令，控制点选择在根据编队卫星具体运动状态确定；通过星间链路将编队主星生成的控制策略和指令传送给编队辅星。编队辅星仅需要根据自身实际状态修正下喷气时刻，保证编队主辅星再同时刻实施相同的控制量，实现半长轴的调整以及偏心率的微调；
步骤4编队主星根据平面内和平面外轨道参数调整量生成“平面内两脉冲+平面外一脉冲”联合控制策略与控制指令控制；通过星间链路将控制指令传给编队辅星；多星同时执行联合控制，实现联合调整；
步骤5编队卫星全任务期间每天重复步骤1～步骤4，完成长期自主的编队联合管道控制。
所述步骤1中阈值判断的具体方法为：
Rt≥R1
其中，R1表示星上预存的管道保持控制触发阈值，由目标值R0和工程补偿参数R确定，即R1＝R0-R，R主要包括管径计算误差、空间环境摄动影响以及控制响应时延等工程因素带来的影响，一般为R0的10％～30％
所述步骤2中阈值判断的具体方法为：
|Δi|＝(i1-i0)≥b/a1
其中,|Δi|表示轨道倾角差值绝对值，i1表示卫星实际倾角；i0表示基准轨道对应的目标倾角；b表示设定的阈值，一般取R0的0.5倍～0.75倍；a1表示卫星实际半长轴。
所述步骤3中半长轴的调整量Δa按照下式计算获得：
其中，K表示调节系数。
所述步骤3中通过星间链路将编队主星生成的控制策略和指令传送给编队辅星；编队辅星仅需要根据自身实际状态修正下喷气时刻，保证编队主辅星相同时刻实施相同的控制量；所述自身实际状态包括编队辅星当前重量、当前推力。
本发明具有以下优点：
1)通过逐次将控制参数与阈值进行比较，逐步确定控制策略，完成编队和管道控制，过程明确，物理意义清楚，设计约束贴近工程实际。
2)考虑编队卫星近距离绕飞运动特点，均衡考虑了燃料消耗、编队安全、测量误差以及空间环境摄动等多重约束的影响，通过多星协同实施方式，实现编队主星管道控制同时，尽量减少管道控制对编队为卫星绕飞状态的影响，云均能满足指标要求；通过合理选择控制点，保证即时管道控制异常执行，编队卫星之间的安全仍是可以保证的。
3)利用星间链路传递管道“控制信息”(包括控制策略和控制指令)，实现自主管道控制，提升卫星自主化水平。
附图说明
图1长期自主编队联合管道保持方法流程图。
图2空间管道示意图。
具体实施方式
由于任务需要，编队卫星具有“多约束，强耦合”特点，主要表现在编队卫星之间需要保持近距离绕飞运动，同时编队主星还需要运行在相对预先设置基准轨道为中心的空间管道内，如图2所示，
针对这一工程应用问题，本发明提出一种长期自主编队联合管道保持方法，能够实现编队卫星的高精度联合管道保持，适用于双星编队的自主协同管道保持控制，亦可方便拓展为多星自主编队联合管道保持控制。以下结合附图，对本发明做进一步详细阐述。
如图1所示，为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
步骤1编队主星根据GNSS接收机实时测量数据以及星载计算机预先设计的目标基准轨道信息进行比对计算确定当前空间管道的实际管径Rt，判断Rt是否满足下式；若未满足，则不需要控制，卫星继续进行自然摄动漂移；若满足，则开始执行步骤2。
阈值判断的具体方法为：
Et≥E1
其中，R1表示星上预存的管道保持控制触发阈值，由目标值R0和工程补偿参数R确定，即R1＝R0-R，R主要包括管径计算误差、空间环境摄动影响以及控制响应时延等工程因素带来的影响，一般为R0的10％～30％。
步骤2判断编队主星当前实际倾角值与星载计算机预存的目标倾角值之间偏差绝对值|Δi|是否满足下式；若满足，则进行步骤4；若不满足，则进行步骤3。
阈值判断的具体方法为：
|Δi|＝(i1-i0)≥b/a1
其中,|Δi|表示轨道倾角差值绝对值，i1表示卫星实际倾角；i0表示基准轨道对应的目标倾角；b表示设定的阈值，一般取R0的0.5倍～0.75倍；a1表示卫星实际半长轴。
步骤3编队主星根据平面内轨道参数调整量生成两脉冲控制策略与控制指令(包括喷气时长、喷气时刻)，控制点选择在根据编队卫星具体运动状态确定；通过星间链路将编队主星生成的控制策略和指令传送给编队辅星。编队辅星仅需要根据自身实际状态(包括编队辅星当前重量、当前推力)修正下喷气时刻，保证编队主辅星相同时刻实施相同的控制量，实现半长轴的调整以及偏心率的微调。
半长轴的调整量Δa按照下式计算获得：
其中，K表示调节系数。
步骤4编队主星根据平面内和平面外轨道参数调整量生成“平面内两脉冲+平面外一脉冲”联合控制策略与控制指令控制；通过星间链路将控制指令传给编队辅星；多星同时执行联合控制，实现联合调整。
步骤5编队卫星全任务期间每天重复步骤1～步骤4，完成多星编队飞行期间自主协同管道控制。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (2)
1.一种长期自主编队联合管道保持方法，其特征在于包括如下步骤：
步骤1编队主星根据GNSS接收机实时测量数据以及星载计算机预先设计的目标基准轨道信息进行比对计算确定当前空间管道的实际管径Rt，判断Rt是否满足下式；若未满足，则不需要控制，卫星继续进行自然摄动漂移；若满足，则开始执行步骤2；
步骤2判断编队主星当前实际倾角值与星载计算机预存的目标倾角值之间偏差绝对值|Δi|是否满足下式；若满足，则进行步骤4；若不满足，则进行步骤3；
步骤3编队主星根据平面内轨道参数调整量生成两脉冲控制策略与控制指令，控制点选择在根据编队卫星具体运动状态确定；通过星间链路将编队主星生成的控制策略和指令传送给编队辅星；编队辅星仅需要根据自身实际状态修正下喷气时刻，保证编队主辅星再同时刻实施相同的控制量，实现半长轴的调整以及偏心率的微调；
步骤4编队主星根据平面内和平面外轨道参数调整量生成“平面内两脉冲+平面外一脉冲”联合控制策略与控制指令控制；通过星间链路将控制指令传给编队辅星；多星同时执行联合控制，实现联合调整；
步骤5编队卫星全任务期间每天重复步骤1～步骤4，完成长期自主的编队联合管道控制；
所述步骤1中阈值判断的具体方法为：
Rt≥R1
其中，R1表示星上预存的管道保持控制触发阈值，由目标值R0和工程补偿参数R确定，即R1＝R0-R，R包括管径计算误差、空间环境摄动影响以及控制响应时延带来的影响，为R0的10％～30％；
所述步骤2中阈值判断的具体方法为：
|Δi|＝(i1-i0)≥b/a1
其中,|Δi|表示轨道倾角差值绝对值，i1表示卫星实际倾角；i0表示基准轨道对应的目标倾角；b表示设定的阈值，取R0的0.5倍～0.75倍；a1表示卫星实际半长轴；
所述步骤3中半长轴的调整量Δa按照下式计算获得：
其中，K表示调节系数。
2.根据权利要求1所述的一种长期自主编队联合管道保持方法，其特征在于：所述步骤3中通过星间链路将编队主星生成的控制策略和指令传送给编队辅星；编队辅星仅需要根据自身实际状态修正下喷气时刻，保证编队主辅星相同时刻实施相同的控制量；所述自身实际状态包括编队辅星当前重量、当前推力。
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