CN111443722B - 一种编队卫星定时段自主保持方法 - Google Patents

Abstract

一种编队卫星定时段自主保持方法，通过本次编队自主保持时间段及当次编队自主保持的第三个脉冲控制时刻预估下一次的控制时刻，并适当星上计算控制间隔以达到实现每天固定时间段执行编队保持的目的，利用轨道的特点和时间特性改变控制间隔，可以做到每天固定时间段执行编队保持，并且该时段可以通过注数进行修改，能够很大程度便于地面长期规划的设计，且不需要增加额外的硬件资源，计算简单，易于实现。

Description

一种编队卫星定时段自主保持方法

技术领域

本发明涉及一种编队卫星定时段自主保持方法，属于卫星轨道控制技术领域。

背景技术

航天器编队飞行是20世纪80年代后期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。卫星编队飞行相比单颗大的航天器具有非常突出的优势，从概念诞生伊始就得到世界各航天大国的青睐。

编队保持是指由于成像的需求卫星需要定期维持特定编队构形而进行的控制过程。编队保持的目的就是消除轨道摄动及控制残差对编队构形的累积影响，以满足有效载荷成像对特定测量基线和覆盖纬度的要求。

编队保持控制的特点是：需要定期进行，控制次数多，每次控制量小，相邻两次控制量基本相当。

编队保持控制在卫星寿命期间需要多次执行，为减小地面站的工作量，可以设计星上自主保持模式。编队保持期间，由于姿态控制精度不高，不建议有效载荷成像，而载荷成像开机时间是由地面进行长期规划后上注，这样就需要知道每次编队保持的时间段，以避开这些地方。为了便于长期规划人员的计划，最好的方式就是每天固定时间段执行编队保持，而当前对编队控制时间段的控制精度并不高，控制方法也不够系统，难以实现每天固定时间段可控的编队自保持。

发明内容

本发明解决的技术问题是：针对目前现有技术中，难以实现编队卫星控制时间段维持在固定时段的问题，提出了一种编队卫星定时段自主保持方法。

本发明解决上述技术问题是通过如下技术方案予以实现的：

一种编队卫星定时段自主保持方法，具体步骤如下：

(1)确定当前状态编队卫星每天预留的编队自主保持时间段及当次编队保持第三脉冲起控时刻，并根据轨道运行交点周期计算下次编队保持第三脉冲起控预估时刻；

(2)将步骤(1)所得下次编队保持第三脉冲起控预估时刻转化为小时计数，并计算隔天控制编队保持第三脉冲起控预估时间；

(3)对步骤(2)所得隔天控制编队保持第三脉冲起控预估时间进行判断，若该预估时间大于当前状态编队卫星每天预留的编队自主保持时间段的结束时刻，则将当前状态编队卫星每天运行圈数减去一圈，并以所得圈数作为当前状态编队卫星下次编队进行星上计算控制的时间间隔，否则仅以当前状态编队卫星每天运行圈数作为当前状态编队卫星下次编队进行星上计算控制的时间间隔；

(4)根据下次编队所需的星上计算控制的时间间隔预估下次编队预留的编队自主保持时间段，完成卫星有效载荷成像后，保持当前编队卫星状态，不断重复步骤(1)～步骤(3)，继续对后续编队自保持进行预设。

所述步骤(1)中，下次编队保持第三脉冲起控预估时刻的计算方法为：

Tp3_tomorrow＝B*T*60+Tp3_today

式中，Tp3_tomorrow为下次编队保持第三脉冲起控预估时刻，Tp3_today为当次编队保持第三脉冲起控时刻，T为轨道运行交点周期，B为当前状态编队卫星每天运行圈数取整值。

所述步骤(1)中，当前状态编队卫星每天运行圈数向下取整值B与实际编队卫星每天运行圈数B0的关系为：B＝B0+1。

所述步骤(1)中，所述当前状态编队卫星每天预留的编队自主保持时间段具体为：[H，H+2*T/60]，单位为h，H为编队自主保持时间段起始时刻，H+2*T/60为编队自主保持时间段结束时刻。

所述步骤(2)中，隔天控制编队保持第三脉冲起控预估时间的计算方法为：

Tp3_tomorrow＝Tp3_tomorrow/3600-24

式中，Tp3_tomorrow为隔天控制编队保持第三脉冲起控预估时间。

本发明与现有技术相比的优点在于：

本发明提供的一种编队卫星定时段自主保持方法，根据当次编队参数对下次编队参数进行预测，能够准确估计每次编队的编队保持时间段，可以做到每天固定时间段执行编队保持，并且该时段可以通过注数进行修改，能够很大程度便于地面长期规划的设计，且不需要增加额外的硬件资源，计算简单，易于实现，极大的简化了地面长期规划的计算工作，考虑了必要参数的在轨注入，易于在各种工况下实现。

附图说明

图1为发明提供的编队卫星定时段自主保持方法流程图；

图2为发明提供的编队保持地方时稳态长期仿真分析结果示意图；

具体实施方式

由于卫星的每天运行圈次大多都不是整数，五六百公里高度的太阳同步卫星每天运行圈数并不固定，卫星自主编队保持采用三脉冲控制，对于同一个构型来说，每次第一和第三个脉冲对应的纬度幅角基本一致，为此控制周期是间隔整圈次的，如果单纯采用整圈次的控制方法，则每次的控制时间段都会漂移，不能维持在固定的时间段，会给地面长期规划带来很多额外的计算工作和不便性，因此提出了一种编队卫星每天定时段自主保持策略，可以做到每天固定时间段执行编队保持，并且该时段可以通过注数进行修改，能够很大程度便于地面长期规划的设计，如图1所示，具体步骤包括：

(1)确定所需编队卫星当次编队保持参数

首先对当前状态编队卫星每天预留的编队自主保持时间段、轨道运行交点周期及当次编队保持第三脉冲起控时刻进行确认，利用上述参数对下次编队保持第三脉冲起控预估时刻进行计算，其中：

下次编队保持第三脉冲起控预估时刻的计算方法为：

Tp3_tomorrow＝B*T*60+Tp3_today

式中，Tp3_tomorrow为下次编队保持第三脉冲起控预估时刻，Tp3_today为当次编队保持第三脉冲起控时刻，T为轨道运行交点周期，B为当前状态编队卫星每天运行圈数取整值；

当前状态编队卫星每天预留的编队自主保持时间段具体为：[H，H+2*T/60]，单位为h，H为编队自主保持时间段起始时刻，H+2*T/60为编队自主保持时间段结束时刻；

当前状态编队卫星每天运行圈数向下取整值B与实际编队卫星每天运行圈数B0的关系为：B＝B0+1。

(2)将步骤(1)得到的下次编队保持第三脉冲起控预估时刻转化为小时计数，并计算隔天控制编队保持第三脉冲起控预估时间，其中：

隔天控制编队保持第三脉冲起控预估时间的计算方法为：

Tp3_tomorrow＝Tp3_tomorrow/3600-24

式中，Tp3_tomorrow为隔天控制编队保持第三脉冲起控预估时间。

由于是下次编队所需时间，是隔天控制，因此转化为小时计数后需要减去24小时。

(3)对步骤(2)所得隔天控制编队保持第三脉冲起控预估时间进行判断，即判断Tp3_tomorrow与H+2*T/60大小，若该预估时间大于当前状态编队卫星每天预留的编队自主保持时间段的结束时刻，则将当前状态编队卫星每天运行圈数减去一圈，并以所得圈数作为当前状态编队卫星进行星上计算控制的时间间隔，否则仅以当前状态编队卫星每天运行圈数作为当前状态编队卫星进行星上计算控制的时间间隔；

(4)步骤(3)已经获得下次编队所需的星上计算控制的时间间隔了，在该时间间隔内编队卫星进行自保持，在每天的编队自主保持时间段内均可以根据载荷成像不同需求对编队卫星命令及参数进行注入修改。

下面结合具体实施例进行进一步说明：

在本实施例中，轨道运行交点周期T为95分钟，确定根据成像需求预留给编队自主保持的起始时间段为4:10，则每天地方时[4:10AM～7:20AM]即([4.17～7.33])进行星上自主编队保持；

当前状态编队卫星对应的每天运行圈次在15～16之间，此时当前状态编队卫星每天运行圈数取整值为16，当次编队保持第三脉冲起控时刻根据编队卫星实际情况可得为5.9*3600，计算可得下次编队保持第三脉冲起控预估时刻Tp3_tomorrow为：

Tp3_tomorrow＝16*95*60+6*3600＝112440

对隔天控制编队保持第三脉冲起控预估时间进行计算，可得：

Tp3_tomorrow＝Tp3_tomorrow/3600-24＝7.23

此时满足(Tp3_tomorrow＜7.33)，则计算控制间隔取为B圈，因为编队卫星三脉冲都是在一个轨道运行交点周期T内进行，因此第二天控制时间初始时刻在Tp3_tomorrow-T后开始，即可以预估第二天的控制时间段在[5:65～7.23]。

根据隔天控制编队保持第三脉冲起控预估时间Tp3_tomorrow继续进行第三天的Tp3_tomorrow2的预测计算，可得Tp3_tomorrow2＝16*95*60+7.23*3600＝117228，即Tp3_tomorrow2＝117228/3600-24＝8.56，满足Tp3_tomorrow>7.33，此时计算控制间隔取为B-1圈，对第三天的控制时间段预估为[5:50～6.98]，依次类推，根据上述方法可实现编队卫星控制时间段及计算控制时间间隔的不断预测。

针对该实施例，编队保持地方时稳态长期仿真分析结果如图2所示，横坐标为自主编队的控制天数，纵坐标为每天进行自主编队第1脉冲和第3脉冲的地方时。

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 (1)

1.一种编队卫星定时段自主保持方法，其特征在于具体步骤如下：

(1)确定当前状态编队卫星每天预留的编队自主保持时间段及当次编队保持第三脉冲起控时刻，并根据轨道运行交点周期计算下次编队保持第三脉冲起控预估时刻；

(2)将步骤(1)所得下次编队保持第三脉冲起控预估时刻转化为小时计数，并计算隔天控制编队保持第三脉冲起控预估时间；

(3)对步骤(2)所得隔天控制编队保持第三脉冲起控预估时间进行判断，若该预估时间大于当前状态编队卫星每天预留的编队自主保持时间段的结束时刻，则将当前状态编队卫星每天运行圈数减去一圈，并以所得圈数作为当前状态编队卫星下次编队进行星上计算控制的时间间隔，否则仅以当前状态编队卫星每天运行圈数作为当前状态编队卫星下次编队进行星上计算控制的时间间隔；

(4)根据下次编队所需的星上计算控制的时间间隔预估下次编队预留的编队自主保持时间段，完成卫星有效载荷成像后，保持当前编队卫星状态，不断重复步骤(1)～步骤(3)，继续对后续编队自保持进行预设；

所述步骤(1)中，下次编队保持第三脉冲起控预估时刻的计算方法为：

Tp3_tomorrow＝B*T*60+Tp3_today

式中，Tp3_tomorrow为下次编队保持第三脉冲起控预估时刻，Tp3_today为当次编队保持第三脉冲起控时刻，T为轨道运行交点周期，B为当前状态编队卫星每天运行圈数取整值；

所述步骤(1)中，当前状态编队卫星每天运行圈数向下取整值B与实际编队卫星每天运行圈数B0的关系为：B＝B0+1；

所述步骤(1)中，所述当前状态编队卫星每天预留的编队自主保持时间段具体为：[H，H+2*T/60]，单位为h，H为编队自主保持时间段起始时刻，H+2*T/60为编队自主保持时间段结束时刻；

所述步骤(2)中，隔天控制编队保持第三脉冲起控预估时间的计算方法为：

Tp3_tomorrow＝Tp3_tomorrow/3600-24

式中，Tp3_tomorrow为隔天控制编队保持第三脉冲起控预估时间。

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