CN114254262A - 异面质比卫星星座的自主构型维持方法及装置、电子设备 - Google Patents

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CN114254262A CN202111386227.0A CN202111386227A CN114254262A CN 114254262 A CN114254262 A CN 114254262A CN 202111386227 A CN202111386227 A CN 202111386227A CN 114254262 A CN114254262 A CN 114254262A
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Abstract

本发明公开了一种异面质比卫星星座的自主构型维持方法及装置、电子设备，属星座轨道控制技术领域。本发明设计两个层级的控制逻辑分别进行星座宏观构型的控制和编队微观构型的控制，并采用控制卫星轨道半长轴的方法补偿异面质比卫星的相位漂移差异，消除了传统星座构型维持方法中忽略卫星面质比差异和漂移轨迹差异引起的控制频率高，控制效率低，控制周期不清晰和效果混乱的现象。用于含多星跟飞编队的低轨异面质比星座的星间相位有界性维持，能够同时保证星座的基本构型维持和编队卫星跟飞距离的维持。维持周期明确，每次维持后能获得较长时间的稳定构型，实现高效自主维持，控制逻辑简洁清晰，方便空间任务的设计与执行。

Description

异面质比卫星星座的自主构型维持方法及装置、电子设备
技术领域
本申请涉及星座轨道控制技术领域，尤其涉及异面质比卫星星座的自主构型维持方法及装置、电子设备。
背景技术
近年来空间任务逐渐密集化、复杂化、多元化，为节约星座的制造与发射成本和空间轨位资源，星座正在经历从单一功能向多功能的转变。多功能星座由各类不同功能的卫星组成，通过星间协同工作和信息资源共享使过去多个星座的功能集成到一个星座中，极大的提高了功能密度与效费比，节约成本与资源，是星座的重要发展方向。由于多星协同的工作需要，多功能星座中往往要求某些卫星组成跟飞编队，形成“卫星—编队—星座”的三层结构。星座中不同功能的卫星携带不同的功能载荷，具有不同的外观结构，导致卫星在轨迎风面质比不同，因而多功能星座属于异面质比星座。因此内含编队的多功能星座在构型、层级结构和构型控制方法上都明显不同于单星独立工作的传统星座。
此类多功能星座的轨道控制至少包含两个层级的控制问题，编队级的微观构型控制和星座级的宏观构型控制。其关键问题在于，首先，对星座构型具有相对严格的要求来保证卫星协同工作的顺利执行，在编队跟飞距离保持的同时还需保证星座整体的基本构型不变。同时，不同功能卫星的迎风面面质比不同，在轨所受的大气阻力差异将导致卫星的漂移不一致，从而加剧星座构型的破坏。此外，多星控制的复杂性使得维持方法无法依据经验直观获得。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术中至少存在如下问题：
星座构型维持方法主要有绝对相位保持和相对相位保持两种，以往的构型维持未考虑卫星面质比不同带来的漂移不一致，也未针对此种现象在控制层面做出应对措施。若直接沿用到编队和星座同时控制的异面质比星座中，必然会造成控制频率增加，效率降低甚至效果混乱的现象，影响任务的顺利执行。
发明内容
本申请实施例的目的是提供一种异面质比卫星星座的自主构型维持方法及装置、电子设备，以解决相关技术中存在的同轨面异面质比星座无法自主维持构型的技术问题。
根据本申请实施例的第一方面，提供一种异面质比卫星星座的自主构型维持方法，应用于编队主星，包括：
接收各参考星的参考星纬度辐角变化量；
获取编队维持时间、各成员星的成员星半长轴、成员星标称半长轴、标准纬度辐角差值、成员星轨道衰减率和成员星纬度辐角；
根据所述编队维持时间、参考星纬度辐角变化量和各成员星的成员星半长轴、成员星轨道衰减率、成员星纬度辐角、标准纬度辐角差值、成员星标称半长轴，计算成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量；
将所述各成员星的半长轴第一调整量和半长轴第二调整量发送给各成员星，以使得各成员星根据所述成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量进行轨道机动。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种异面质比卫星星座的自主构型维持装置，应用于编队主星，包括：
接收模块，用于接收各参考星的参考星纬度辐角变化量；
第一获取模块，用于获取编队维持时间、各成员星的成员星半长轴、成员星标称半长轴、标准纬度辐角差值、成员星轨道衰减率和成员星纬度辐角；
第一计算模块，用于根据所述编队维持时间、参考星纬度辐角变化量和各成员星的成员星半长轴、成员星轨道衰减率、成员星纬度辐角、标准纬度辐角差值、成员星标称半长轴，计算成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量；
第一发送模块，用于将所述各成员星的半长轴第一调整量和半长轴第二调整量发送给各成员星，以使得各成员星根据所述成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量进行轨道机动。
根据本申请实施例的第三方面，提供一种异面质比卫星星座的自主构型维持方法，应用于参考星主星，包括：
获取当前时刻、各参考星的参考星半长轴、参考星标称半长轴、参考星上一次回到目标轨道的时刻、参考星纬度辐角、参考星维持时间和参考星轨道衰减率以及各参考星所在编队的编队维持时间；
根据各参考星的参考星纬度辐角，确定基准星并计算各参考星的参考星纬度辐角调整量；
根据所述基准星的基准星轨道衰减率、基准星半长轴、基准星标称半长轴和基准星维持时间，计算基准星半长轴调整量和基准星纬度辐角变化量；
根据基准星半长轴调整量，设置基准星半长轴第一调整量和基准星半长轴第二调整量；
根据所述参考星轨道衰减率、参考星半长轴、参考星标称半长轴、参考星维持时间和基准星纬度辐角变化量，计算除基准星之外所有参考星的参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量；
将所述基准星半长轴第一调整量和基准星半长轴第二调整量发送给所述基准星并将所述参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量发送给对应的参考星，以使得各参考星根据所述参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量进行轨道机动；
根据所述参考星标称半长轴、参考星轨道衰减率、参考星上一次回到目标轨道的时刻、参考星维持时间、参考星半长轴第一调整量、当前时刻和编队维持时间，计算参考星纬度辐角变化量；
将所述参考星纬度辐角变化量发送给编队主星，以使得编队主星获取编队维持时间、各成员星的成员星半长轴、成员星标称半长轴、标准纬度辐角差值、成员星轨道衰减率和成员星纬度辐角；根据编队维持时间、参考星纬度辐角变化量和各成员星的成员星半长轴、成员星轨道衰减率、成员星纬度辐角、标准纬度辐角差值、成员星标称半长轴，计算成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量；将所述各成员星的半长轴第一调整量和半长轴第二调整量发送给各成员星，以使得各成员星根据所述成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量进行轨道机动。
根据本申请实施例的第四方面，提供一种异面质比卫星星座的自主构型维持装置，应用于参考星主星，包括：
第二获取模块，用于获取当前时刻、各参考星的参考星半长轴、参考星标称半长轴、参考星上一次回到目标轨道的时刻、参考星纬度辐角、参考星维持时间和参考星轨道衰减率以及各参考星所在编队的编队维持时间；
确定模块，用于根据各参考星的参考星纬度辐角，确定基准星并计算各参考星的参考星纬度辐角调整量；
第二计算模块，用于根据所述基准星的基准星轨道衰减率、基准星半长轴、基准星标称半长轴和基准星维持时间，计算基准星半长轴调整量和基准星纬度辐角变化量；
设置模块，用于根据基准星半长轴调整量，设置基准星半长轴第一调整量和基准星半长轴第二调整量；
第三计算模块，用于根据所述参考星轨道衰减率、参考星半长轴、参考星标称半长轴、参考星维持时间和基准星纬度辐角变化量，计算除基准星之外所有参考星的参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量；
第二发送模块，用于将所述基准星半长轴第一调整量和基准星半长轴第二调整量发送给所述基准星并将各参考星的参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量发送给对应的参考星，以使得各参考星根据所述参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量进行轨道机动；
第四计算模块，用于根据所述参考星标称半长轴、参考星轨道衰减率、参考星上一次回到目标轨道的时刻、参考星维持时间、参考星半长轴第一调整量、当前时刻和编队维持时间，计算参考星纬度辐角变化量；
第三发送模块，用于将所述参考星纬度辐角变化量发送给编队主星，以使得编队主星获取编队维持时间、各成员星的成员星半长轴、成员星标称半长轴、标准纬度辐角差值、成员星轨道衰减率和成员星纬度辐角；根据编队维持时间、参考星纬度辐角变化量和各成员星的成员星半长轴、成员星轨道衰减率、成员星纬度辐角、标准纬度辐角差值、成员星标称半长轴，计算成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量；将所述各成员星的半长轴第一调整量和半长轴第二调整量发送给各成员星，以使得各成员星根据所述成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量进行轨道机动。
根据本申请实施例的第五方面，提供一种电子设备，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如第一方面或第三方面任一项所述的方法。
根据本申请实施例的第六方面，提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现如第一方面或第三方面中任一项所述方法的步骤。
本申请的实施例提供的技术方案可以包括以下有益效果：
由上述实施例可知，本申请提供一种同轨异面质比星座的自主构型维持方法，编队主星考虑了编队维持期间的参考星纬度辐角变化量、成员星轨道衰减率、成员星当前状态与目标状态分别计算各个成员星的停泊轨道，获得成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量指导成员星轨道机动。上述过程考虑了卫星的轨道衰减和轨道机动引起的纬度辐角进动，优化了成员星停泊轨道计算方法，消除了传统星座构型维持方法中忽略卫星面质比差异和漂移轨迹差异引起的控制频率高，效率低和效果混乱的现象。获得清晰的维持逻辑与维持周期，实现高效自主维持，方便空间任务的设计与执行。
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，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是根据一示例性实施例示出的一种异面质比卫星星座的自主构型维持方法(应用于参考星主星)的流程图。
图2是根据一示例性实施例示出的步骤S13的流程图。
图3是根据一示例性实施例示出的一种异面质比卫星星座的自主构型维持方法(应用于参考星主星)的流程图。
图4是根据一示例性实施例示出的一种异面质比卫星星座的自主构型维持方法(应用于编队主星)的流程图。
图5是根据一示例性实施例示出的一种异面质比卫星星座的自主构型维持方法(应用于编队主星)的流程图。
图6是根据一示例性实施例示出的一种异面质比卫星星座的自主构型维持装置(应用于编队主星)的框图。
图7是根据一示例性实施例示出的一种异面质比卫星星座的自主构型维持装置(应用于参考星主星)的框图。
图8是实施例1中星座构型示意图。
图9是实施例2中星座构型示意图。
图10是实施例3中星座构型示意图。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。取决于语境，如在此所使用的词语“如果”可以被解释成为“在……时”或“当……时”或“响应于确定”。
编队主星和参考星主星的身份判定过程包括：
根据卫星的质量和在轨迎风面面积，计算每个卫星的在轨迎风面面质比；
根据星座标准构型，将所有卫星划分为若干编队。
将每个编队内所有卫星的在轨迎风面面质比最小的卫星作为所述编队的参考星；
在所有的参考星中选择一个参考星作为参考星主星，用于承担所有参考星的策略解算和机动指令的发布；
在每个编队中选择一个卫星作为编队主星，用于承担该编队内成员星的策略解算和机动指令的发布。
上述划分卫星身份的意义在于，本发明把参考星作为星座的基本构型的基准点，通过控制参考星的位置来控制星座的基本构型；成员星以各自编队的参考星为基准实现编队跟飞距离的有界性控制。本发明提出选用编队内面质比最小的卫星作为参考星的原因是，面质比小的卫星受大气阻力影响小，星间相对相位比较容易保持，选做星座基本构型的基准有利于减小控制频率。
卫星身份判定后，还可以建立星间通信链路，各卫星通过所述星间通信链路，实现时间同步及身份确定。
图1是根据一示例性实施例示出的一种异面质比卫星星座的自主构型维持方法的流程图，如图1所示，该方法应用于参考星主星中，可以包括以下步骤：
步骤S10：获取当前时刻、各参考星的参考星半长轴、参考星标称半长轴、参考星上一次回到目标轨道的时刻、参考星纬度辐角、参考星维持时间和参考星轨道衰减率以及各参考星所在编队的编队维持时间；
步骤S11：根据各参考星的参考星纬度辐角，确定基准星并计算各参考星的参考星纬度辐角调整量；
步骤S12：根据所述基准星的基准星轨道衰减率、基准星半长轴、基准星标称半长轴和基准星维持时间，计算基准星半长轴调整量和基准星纬度辐角变化量；
步骤S13：根据基准星半长轴调整量，设置基准星半长轴第一调整量和基准星半长轴第二调整量；
步骤S14：根据所述参考星轨道衰减率、参考星半长轴、参考星标称半长轴、参考星维持时间和基准星纬度辐角变化量，计算除基准星之外所有参考星的参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量；
步骤S15：将所述基准星半长轴第一调整量和基准星半长轴第二调整量发送给所述基准星并将各参考星的参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量发送给对应的参考星，以使得各参考星根据所述参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量进行轨道机动；
步骤S16：根据所述参考星标称半长轴、参考星轨道衰减率、参考星上一次回到目标轨道的时刻、参考星维持时间、参考星半长轴第一调整量、当前时刻和编队维持时间，计算参考星纬度辐角变化量；
步骤S17：将所述参考星纬度辐角变化量发送给编队主星，以使得编队主星获取编队维持时间、各成员星的成员星半长轴、成员星标称半长轴、标准纬度辐角差值、成员星轨道衰减率和成员星纬度辐角；根据编队维持时间、参考星纬度辐角变化量和各成员星的成员星半长轴、成员星轨道衰减率、成员星纬度辐角、标准纬度辐角差值、成员星标称半长轴，计算成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量；将所述各成员星的半长轴第一调整量和半长轴第二调整量发送给各成员星，以使得各成员星根据所述成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量进行轨道机动。
由上述实施例可知，本申请提供一种同轨异面质比星座的自主构型维持方法，参考星主星考虑了基准星维持期间的基准星纬度辐角变化量、参考星轨道衰减率、参考星当前状态与目标状态分别计算各个参考星的停泊轨道，获得参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量指导参考星轨道机动。上述过程考虑了卫星的轨道衰减和轨道机动引起的纬度辐角进动，优化了参考星停泊轨道计算方法，消除了传统星座构型维持方法中忽略卫星面质比差异和漂移轨迹差异引起的控制频率高，效率低和效果混乱的现象。同时，参考星主星将参考星的当前状态和轨道机动计划发送至编队主星，使得编队主星预知参考星未来的轨道变化情况并据此设计编队成员星的轨道机动方案，提高成员星停泊轨道计算的准确性。
具体地，假设星座中存在N个参考星，命名为
Figure BDA0003367135680000091
i代表参考星序号，i＝1,2,...,N。
Figure BDA0003367135680000092
标称半长轴为
Figure BDA0003367135680000093
参考星标准构型可用
Figure BDA0003367135680000094
与
Figure BDA0003367135680000095
之间的标准纬度辐角差值
Figure BDA0003367135680000096
描述，
Figure BDA0003367135680000097
与
Figure BDA0003367135680000098
之间允许的最大最小纬度辐角差值分别为
Figure BDA0003367135680000099
应计算与
Figure BDA00033671356800000910
的相对纬度辐角形成闭环。在星座的某个多星编队中，假设编队中存在N个卫星，命名为
Figure BDA00033671356800000911
i代表卫星序号，i＝1,2,...,N，标称半长轴为
Figure BDA00033671356800000912
编队中包含1个参考星，其他称成员星，参考星命名为Sl，标称半长轴为al,sta。编队标准构型可用
Figure BDA0003367135680000101
与
Figure BDA0003367135680000102
之间的标准纬度辐角差值
Figure BDA0003367135680000103
描述，
Figure BDA0003367135680000104
与
Figure BDA0003367135680000105
之间允许的最大最小纬度辐角差值分别为
Figure BDA0003367135680000106
星座的基本构型保持要求在星座的整个生命周期内，各个参考星都满足各自构型约束
Figure BDA0003367135680000107
编队的跟飞距离有界性保持要求若星座的整个生命周期内，编队内各星都满足各自构型约束
Figure 3
在步骤S10的具体实施中，获取当前时刻、各参考星的参考星半长轴、参考星标称半长轴、参考星上一次回到目标轨道的时刻、参考星纬度辐角、参考星维持时间和参考星轨道衰减率以及各参考星所在编队的编队维持时间；
具体地，参考星半长轴和参考星纬度辐角由轨道测量得到；当前时刻由星上计时系统记录得到，所有卫星时间需保持时间同步；参考星上一次回到目标轨道的时刻由参考星主星记录得到；编队维持时间由编队主星发送得到；
参考星维持时间Tl为所有参考星从当前相位移动
Figure BDA0003367135680000109
到达目标相位所用时间。此参数为可调参数，可以通过方案设计阶段地面仿真确定并根据设计者的意愿调整，也可粗略估算为上次参考星轨道机动的时刻距当前时刻的时长，原因如下：排除非理想因素干扰，理论上星座从标准初始状态(标准相位和标称轨道高度)到达需要维持的临界状态所需的时间基本相同，设为T，每次维持后，若卫星经过T时间返回标准初始状态，则系统将获得2T的相对稳定的控制周期。若本次维持为首次维持，则维持时间估算为当前时刻距离初始时刻的时长；
参考星轨道衰减率的计算过程中，可将一段时间内轨道高度因大气阻力引起的衰减近似为线性关系，若两次轨道测量时刻分别为t0和t，对应的半长轴分别为
Figure BDA00033671356800001010
和
Figure BDA00033671356800001011
则轨道衰减速率
Figure BDA00033671356800001012
两次测量间隔不应过短或过长，需保证期间轨道衰减的近似线性特征，可选两次维持时刻的半长轴数据；
本步骤获取当前时刻、各参考星的参考星半长轴、参考星标称半长轴、参考星上一次回到目标轨道的时刻、参考星纬度辐角、参考星维持时间和参考星轨道衰减率以及各参考星所在编队的编队维持时间，为后续基准星和参考星纬度辐角调整量以及参考星纬度辐角变化量的计算做准备。其中，将卫星一段时间内的轨道衰减简化为线性衰减，并用轨道衰减率度量，可简化星上计算负担。
在步骤S11的具体实施中，根据各参考星的参考星纬度辐角，确定基准星并计算各参考星的参考星纬度辐角调整量；
具体地，分别以每个参考星为基准，计算该参考星位置不变时，将其他参考星调整到标准相位所需的纬度辐角调整量总和。取纬度辐角调整量总和最小的参考星为基准，称为基准星Sr，同时获得各参考星的纬度辐角调整量Δuli，基准星Sr的纬度辐角调整量为0。本步骤取纬度辐角调整量总和最小的参考星为基准，可使参考星通过最小幅度的纬度辐角调整获得目标构型，有利于节约燃料。
在步骤S12的具体实施中，根据所述基准星轨道衰减率、基准星半长轴、基准星标称半长轴和基准星维持时间，计算基准星半长轴调整量和基准星纬度辐角变化量；
具体地，如图2所示，此步骤分为以下子步骤：
步骤S21：根据所述基准星半长轴、基准星标称半长轴、基准星轨道衰减率和参考星维持时间，计算参考星维持时间内的基准星半长轴调整量；
具体地，参考星维持时间内的基准星半长轴调整量Δar＝ar,sta-ar′，其中参考星维持时间Tl后半长轴为ar′＝ar-krTl，ar为基准星当前半长轴，kr为基准星轨道衰减率，ar,sta为基准星标称半长轴，本步骤计算基准星半长轴调整量，用于后续的参考星停泊轨道计算，可提升计算准确性。
步骤S22：根据基准星半长轴、基准星轨道衰减率和参考星维持时间，计算参考星维持时间内的基准星平均角速度；
具体地，将参考星维持时间Tl内卫星自由运动的角速度变化简化为线性变化，则参考星维持时间Tl内的基准星平均角速度为
Figure BDA0003367135680000121
其中，参考星维持时间内的基准星的平均半长轴为
Figure BDA0003367135680000122
参考星维持时间后的基准星半长轴为ar′＝ar-krTl，ar为基准星半长轴，kr为基准星轨道衰减率，地心引力常数为μ＝398600.44km3s-2。
步骤S23：根据基准星平均角速度、参考星维持时间、基准星半长轴调整量、基准星半长轴、基准星标称半长轴和基准星轨道衰减率，计算基准星纬度辐角变化量。
具体地，采用切向小推力变轨，设fu为带符号的切向推力加速度，其中符号指推力加速度方向，以卫星运动方向为正。加速度持续时间为
Figure BDA0003367135680000123
依据高斯动力学方程，近圆轨道中，有：
Figure BDA0003367135680000124
推力作用期间的参考星纬度辐角进动量为
Figure BDA0003367135680000125
则基准星在维持期间纬度辐角总变化为
Figure BDA0003367135680000126
本步骤计算基准星纬度辐角变化量，用于后续的参考星停泊轨道计算，可提升计算准确性。
在步骤S13的具体实施中，根据基准星半长轴调整量，设置基准星半长轴第一调整量和基准星半长轴第二调整量；
具体地，令基准星半长轴第一调整量
Figure BDA0003367135680000127
基准星半长轴第二调整量
Figure BDA0003367135680000128
本步骤中，基准星只需一次轨道机动，简化执行复杂度。
在步骤S14的具体实施中，根据所述参考星轨道衰减率、参考星半长轴、参考星标称半长轴、参考星维持时间和基准星纬度辐角变化量，计算除基准星之外所有参考星的参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量；
具体地，参考星轨道衰减率为
Figure BDA0003367135680000131
参考星当前半长轴为
Figure BDA0003367135680000132
即将执行第一次轨道机动，参考星半长轴第一调整量为
Figure BDA0003367135680000133
Tl时间后参考星半长轴为
Figure BDA0003367135680000134
期间的参考星平均半长轴为
Figure BDA0003367135680000135
参考星平均角速度为
Figure BDA0003367135680000136
Tl时间结束时执行第二次轨道机动，参考星半长轴第二调整量为
Figure BDA0003367135680000137
参考星获得标准相位和半长轴。即
Figure BDA0003367135680000138
和
Figure BDA0003367135680000139
需满足
Figure BDA00033671356800001310
参考星两次轨道机动带来的参考星纬度辐角进动量为
Figure BDA00033671356800001311
综上，
Figure BDA00033671356800001312
可通过解下列方程组获得：
Figure BDA00033671356800001313
本步骤中参考星半长轴调整量的计算考虑了参考星轨道衰减率、参考星当前与目标半长轴、参考星维持时间、基准星纬度辐角变化量和参考星纬度辐角进动量，提高了半长轴调整量计算的准确性，使得参考星进入更恰当的停泊轨道，有利于构型稳定性维持。
在步骤S15的具体实施中，将所述基准星半长轴第一调整量和基准星半长轴第二调整量发送给所述基准星并将所述参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量发送给对应的参考星，以使得各参考星根据所述参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量进行轨道机动；
具体地，本步骤中将半长轴第一调整量和半长轴第二调整量对应发送给所有参考星，以使得各个参考星执行轨道机动，进入停泊轨道，等待并返回目标轨道，该过程由两次轨道机动实现并记录各参考星返回目标轨道的时刻。
在步骤S16的具体实施中，根据所述参考星标称半长轴、参考星轨道衰减率、参考星上一次回到目标轨道的时刻、参考星维持时间、参考星半长轴第一调整量、当前时刻和编队维持时间，计算参考星纬度辐角变化量；
具体地，参考星半长轴为al，标称半长轴为al,sta，轨道衰减率为kl，参考星半长轴第一调整量为Δal1，参考星上一次回到目标轨道的时刻为tl0，参考星维持时间为Tl，当前时刻为t。则参考星半长轴随时间变化的函数为：
Figure BDA0003367135680000141
若 t+Tf≥tl0，则Tf时间内参考星自由运动，参考星平均半长轴为
Figure BDA0003367135680000142
参考星纬度辐角变化量为
Figure BDA0003367135680000143
若t+Tf＞tl0+Tl，则Tf时间内参考星将执行轨道机动，参考星平均半长轴为
Figure BDA0003367135680000144
参考星纬度辐角变化量为
Figure BDA0003367135680000145
其中k为Tf时间内参考星轨道机动次数。式中，参考星单次机动产生的纬度辐角进动量为
Figure BDA0003367135680000146
其中Δa为半长轴调整量，n为目标轨道角速度，a为轨道机动时的轨道半长轴，fu为带符号的切向推力加速度，符号指推力加速度方向。若编队维持时参考星还未维持，无法得知Δal1，或参考星在上一次维持时作为基准星，Δal1＝0，计算al(t)时可暂用al,sta代替al,sta-klTl+Δal1。本步骤计算当前编队维持时间内参考星平均半长轴，对参考星的轨道进行预测，并将结构用于编队成员星半长轴调整量的解算，有利于提高计算准确性。
在步骤S17的具体实施中，将所述参考星纬度辐角变化量发送给编队主星；
具体地，本步骤使编队主星获得参考星的状态和轨道调整计划，此信息将用于编队成员星轨道机动的解算，有利于提高成员星停泊轨道计算的准确性。
具体地，如图3所示，应用于参考星主星的所述一种异面质比卫星星座的自主构型维持方法还可以包括：
步骤S18：每个参考星监控周期开始时，获取各参考星的参考星纬度辐角；
具体地，所述参考星监控周期为预先人为设置的星座参考星构型监控周期，应小于参考星维持时间Tl。每个参考星监控周期运行一次步骤S18-S19，检查参考星构型是否满足约束或需要维持。
步骤S19：根据所述各参考星的参考星纬度辐角，判断是否存在参考星不符合参考星构型约束，若是，则计算各参考星的参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量并将所述各参考星的参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量发送给各参考星，若否，则更新所述参考星监控周期。
具体地，根据所述各参考星的参考星纬度辐角，判断是否存在参考星不符合参考星构型约束，如果存在参考星不符合参考星构型约束，则执行步骤S11- 步骤S17的操作。本步骤为参考星构型的监控方法，可保证参考星构型满足约束。
图4是根据一示例性实施例示出的一种异面质比卫星星座的自主构型维持方法的流程图，如图4所示，该方法应用于编队主星中，可以包括以下步骤：
步骤S31：接收各参考星的参考星纬度辐角变化量；
具体地，编队主星接收由参考星主星发送的各参考星的参考星纬度辐角变化量，以进行后续的计算。
步骤S32：获取编队维持时间、各成员星的成员星半长轴、成员星标称半长轴、标准纬度辐角差值、成员星轨道衰减率和成员星纬度辐角；
具体地，编队维持时间的获取过程与步骤S11中确认参考星维持时间的过程相同，成员星半长轴和成员星纬度辐角由实际测量获得，成员星轨道衰减率由根据两次测量时刻及所述两次测量时刻对应的成员星半长轴计算得到，具体地，成员星轨道衰减率的计算过程与步骤S11中参考星轨道衰减率的计算过程相同，本步骤获取编队维持时间、各成员星的成员星半长轴、成员星标称半长轴、标准纬度辐角差值、成员星轨道衰减率和成员星纬度辐角以进行后续计算过程。
步骤S33：根据所述编队维持时间、参考星纬度辐角变化量和各成员星的成员星半长轴、成员星轨道衰减率、成员星纬度辐角、标准纬度辐角差值、成员星标称半长轴，计算成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量；
具体地，成员星纬度辐角调整量为成员星从当前纬度辐角调整至自身与参考星满足标准纬度辐角差值
Figure BDA0003367135680000161
所需的纬度辐角调整量，所述成员星半长轴第一调整量
Figure BDA0003367135680000162
和成员星半长轴第二调整量
Figure BDA0003367135680000163
可通过解算方程组
Figure 2
获得，其中方程组的获得过程与步骤S15中的方程组的获得过程相同；
式中，
Figure BDA0003367135680000165
为成员星当前轨道半长轴，
Figure BDA0003367135680000166
为成员星标称轨道半长轴，
Figure BDA0003367135680000167
为成员星轨道衰减率，
Figure BDA0003367135680000168
为两次轨道机动带来的纬度辐角进动量，
Figure BDA0003367135680000169
为成员星的标准纬度辐角差值(需要调整的纬度辐角量)，即从当前纬度辐角调整
Figure BDA00033671356800001610
卫星将到达自身的标准相位
Figure BDA00033671356800001611
本步骤中成员星半长轴调整量的计算考虑了成员星轨道衰减率、成员星当前与目标半长轴、编队维持时间、参考星纬度辐角变化量和成员星纬度辐角进动量，提高了半长轴调整量计算的准确性，使得成员星进入更恰当的停泊轨道，有利于构型稳定性维持。
步骤S34：将所述各成员星的半长轴第一调整量和半长轴第二调整量发送给各成员星，以使得各成员星根据所述成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量进行轨道机动。
具体地，各成员星对应接收由编队主星发送的各成员星的成员星第一半长轴调整量
Figure BDA0003367135680000171
和成员星第二半长轴调整量
Figure BDA0003367135680000172
在当前时刻执行轨道机动，半长轴调整量为
Figure BDA0003367135680000173
并在编队维持时间Tf后执行轨道机动，半长轴调整量为
Figure BDA0003367135680000174
各星在编队维持时间Tf后的半长轴调整量也可根据当时的实时半长轴和标称半长轴确定。所有轨道机动执行完毕判断是否达到星座寿命末期，若是，结束自主维持控制；否则自由飞行并等待下一个控制周期。此步骤描述成员星执行轨道机动的具体方法，可保证成员星获得目标构型。
具体地，如图5所示，应用于编队主星的所述一种异面质比卫星星座的自主构型维持方法还可以包括：
步骤S35：每个编队监控周期开始时，判断编队参考星是否正在执行轨道机动，若是，则等待所述编队参考星轨道机动结束；
具体地，所述编队监控周期为预先人为设置的星座编队构型监控周期，应小于编队维持时间Tf。每个编队监控周期运行一次步骤S35-S36，检查编队构型是否满足约束或需要维持。，编队主星获取编队参考星的状态，若参考星处于自由飞行状态，则执行步骤S36；若参考星处于轨道机动状态，则等待一段时间并重新获取参考星状态，直至发现参考星处于自由飞行状态，并执行步骤S36。等待时间由人为预先设置，与参考星平均机动时间相当。由于参考星处于轨道机动时间时，状态变化较快且并非自由飞行时的稳定状态，因此本方案等待至参考星轨道机动结束再进行编队星构型判断和修正，有利于减少控制次数，提高编队构型的稳定性。
步骤S36：根据各成员星的成员星纬度辐角，判断编队中的所有成员星是否都满足编队构型约束，若是，则更新编队监控周期，若否，则计算成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量并将所述各成员星的半长轴第一调整量和半长轴第二调整量发送给各成员星；
具体地，根据各成员星的成员星纬度辐角，判断编队中的所有成员星是否都满足编队构型约束，如果编队中存在成员星不满足编队构型约束，则进行步骤S33-步骤S34的操作，以使得编队中各成员星根据所述成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量进行轨道机动。本步骤为编队成员星构型的监控方法，可保证编队成员星构型满足约束。
与前述的异面质比卫星星座的自主构型维持方法的实施例相对应，本申请还提供了异面质比卫星星座的自主构型维持装置的实施例。
图6是根据一示例性实施例示出的一种异面质比卫星星座的自主构型维持装置(应用于编队主星)框图。参照图6，该装置包括：
接收模块21，用于接收各参考星的参考星纬度辐角变化量；
第一获取模块22，用于获取编队维持时间、各成员星的成员星半长轴、成员星标称半长轴、标准纬度辐角差值、成员星轨道衰减率和成员星纬度辐角；
第一计算模块23，用于根据所述编队维持时间、参考星纬度辐角变化量和各成员星的成员星半长轴、成员星轨道衰减率、成员星纬度辐角、标准纬度辐角差值、成员星标称半长轴，计算成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量；
第一发送模块24，用于将所述各成员星的半长轴第一调整量和半长轴第二调整量发送给各成员星，以使得各成员星根据所述成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量进行轨道机动。
图7是根据一示例性实施例示出的一种异面质比卫星星座的自主构型维持装置(应用于参考星主星)框图。参照图7，该装置包括：
第二获取模块30，用于获取当前时刻、各参考星的参考星半长轴、参考星标称半长轴、参考星上一次回到目标轨道的时刻、参考星纬度辐角、参考星维持时间和参考星轨道衰减率以及各参考星所在编队的编队维持时间；
确定模块31，用于根据各参考星的参考星纬度辐角，确定基准星并计算各参考星的参考星纬度辐角调整量；
第二计算模块32，用于根据所述基准星轨道衰减率、基准星半长轴、基准星标称半长轴和基准星维持时间，计算基准星半长轴调整量和基准星纬度辐角变化量；
设置模块33，用于根据基准星半长轴调整量，设置基准星半长轴第一调整量和基准星半长轴第二调整量；
第三计算模块34，用于根据所述参考星轨道衰减率、参考星半长轴、参考星标称半长轴、参考星维持时间和基准星纬度辐角变化量，计算除基准星之外所有参考星的参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量；
第二发送模块35，用于将所述基准星半长轴第一调整量和基准星半长轴第二调整量发送给所述基准星并将各参考星的参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量发送给对应的参考星，以使得各参考星根据所述参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量进行轨道机动；
第四计算模块36，用于根据所述参考星标称半长轴、参考星轨道衰减率、参考星上一次回到目标轨道的时刻、参考星维持时间、参考星半长轴第一调整量、当前时刻和编队维持时间，计算参考星纬度辐角变化量；
第三发送模块37，用于将所述参考星纬度辐角变化量发送给编队主星，以使得编队主星获取编队维持时间、各成员星的成员星半长轴、成员星标称半长轴、标准纬度辐角差值、成员星轨道衰减率和成员星纬度辐角；根据编队维持时间、参考星纬度辐角变化量和各成员星的成员星半长轴、成员星轨道衰减率、成员星纬度辐角、标准纬度辐角差值、成员星标称半长轴，计算成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量；将所述各成员星的半长轴第一调整量和半长轴第二调整量发送给各成员星，以使得各成员星根据所述成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量进行轨道机动。
关于上述实施例中的装置，其中各个模块执行操作的具体方式已经在有关该方法的实施例中进行了详细描述，此处将不做详细阐述说明。
对于装置实施例而言，由于其基本对应于方法实施例，所以相关之处参见方法实施例的部分说明即可。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本申请方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性劳动的情况下，即可以理解并实施。
以下提供三个实施例。
【实施例1】
本例中星座不含编队，由5个异面质比卫星直接组成，暂时编号1-5。维持初始时刻各星位于标称半长轴
Figure BDA0003367135680000201
和标准相位
Figure BDA0003367135680000202
各星相位临界值为
Figure BDA0003367135680000203
构型如图8所示。
步骤1：1—5星身份确定。
由于星座中不存在编队，
Figure BDA0003367135680000204
全部为独立个体，则直接确定
Figure BDA0003367135680000205
全部为参考星，编号1—5的卫星重新命名为
Figure BDA0003367135680000206
为统一描述，增加下标l。依据星上信息处理能力，选择
Figure BDA0003367135680000207
星为参考星主星负责策略解算。
步骤2：
Figure BDA0003367135680000208
星完成自主维持控制初始化。完成星上时间同步，建立星间通信链路。所有卫星身份类型为参考星，
Figure BDA0003367135680000209
为参考星主星。仿真确定参考星第一次维持时刻距初始时刻的时长Tl。
步骤3：
Figure BDA00033671356800002010
星相位监控。
Figure BDA00033671356800002011
星测量自身当前轨道半长轴
Figure BDA00033671356800002012
和纬度辐角并将信息传至
Figure BDA00033671356800002013
星。如果此时
Figure BDA00033671356800002014
与
Figure BDA00033671356800002015
的相位角
Figure BDA00033671356800002016
超出
Figure BDA00033671356800002017
转至步骤4。
步骤4：
Figure BDA00033671356800002018
星计算
Figure BDA00033671356800002019
星纬度辐角调整量。
分别以
Figure BDA00033671356800002020
星为基准，计算该星位置不变时，将其他参考星调整到标准相位所需的纬度辐角调整量总和。以
Figure BDA00033671356800002021
为基准时总和最小为例，取
Figure BDA00033671356800002022
为基准星，
Figure BDA0003367135680000211
星的纬度辐角调整量分别为
Figure BDA0003367135680000212
步骤5：
Figure BDA0003367135680000213
星计算
Figure BDA0003367135680000214
星纬度辐角调整量。
若此时是第一次维持，则参考星维持时间Tl为当前时刻距初始时刻的时长；否则Tl为上次参考星轨道机动的时刻距当前时刻的时长。
计算
Figure BDA0003367135680000215
轨道衰减率为
Figure BDA0003367135680000216
计算基准星
Figure BDA0003367135680000217
在Tl时间内的平均半长轴为
Figure BDA0003367135680000218
平均角速度为
Figure BDA0003367135680000219
Tl时间结束后的半长轴调整量为
Figure BDA00033671356800002110
计算基准星
Figure BDA00033671356800002111
在维持期间的纬度辐角总变化量为
Figure BDA00033671356800002112
计算
Figure BDA00033671356800002113
星半长轴调整量
Figure BDA00033671356800002114
和
Figure BDA00033671356800002115
通过求解下列方程组获得：
Figure BDA00033671356800002116
令基准星
Figure BDA00033671356800002117
的半长轴调整量
Figure BDA00033671356800002118
Figure BDA00033671356800002119
星将
Figure BDA00033671356800002120
星的半长轴调整量
Figure BDA00033671356800002121
回传至
Figure BDA00033671356800002122
星。
步骤6：
Figure BDA00033671356800002123
星轨道机动。
Figure BDA00033671356800002124
星确认半长轴调整量
Figure BDA00033671356800002125
Figure BDA00033671356800002126
在Tl时间后执行轨道机动，半长轴调整量为。
Figure BDA00033671356800002127
在当前时刻执行第一次轨道机动，半长轴调整量为
Figure BDA00033671356800002128
并在Tl时间后执行第二次轨道机动，半长轴调整量为
Figure BDA00033671356800002129
所有轨道机动执行完毕判断是否达到星座寿命末期，若是，结束自主维持控制；否则自由飞行并等待下一个控制周期。由于本星座无编队，无需执行步骤7-9。
【实施例2】
本例中星座含一个双星跟飞编队，共有6个异面质比卫星，暂时编号为1-6。维持初始时刻各星位于标称半长轴和标准相位，构型如图9所示。
步骤1：1—6星身份确定。
该步骤在发射前执行，计算每个卫星在轨迎风面面质比。在跟飞编队中3 星面质比最小，则确定卫星1,2,3,5,6为参考星，重新命名为
Figure BDA0003367135680000221
编队内部，
Figure BDA0003367135680000222
为参考星，为统一描述涉及编队控制时将
Figure BDA0003367135680000223
称为
Figure BDA0003367135680000224
4星为编队成员星，重新命名为
Figure BDA0003367135680000225
假设依据星上信息处理能力，选择
Figure BDA0003367135680000226
星为参考星主星负责策略解算，选择
Figure BDA0003367135680000227
星为编队主星负责策略解算。
步骤2：所有卫星完成自主维持控制初始化。完成星上时间同步，建立星间通信链路。
Figure BDA0003367135680000228
为参考星，
Figure BDA0003367135680000229
为主星。
Figure BDA00033671356800002210
为编队成员星，其参考星为
Figure BDA00033671356800002211
Figure BDA00033671356800002212
为编队主星。仿真确定参考星第一次维持时刻距初始时刻的时长Tl。
步骤3—6与实施例1相同。
步骤7：编队相位监控。假设此时参考星
Figure BDA00033671356800002213
不执行轨道机动。编队标准相位和临界相位分别为
Figure BDA00033671356800002214
Figure BDA00033671356800002215
星测量自身当前轨道半长轴
Figure BDA00033671356800002216
和纬度辐角并将信息传至
Figure BDA00033671356800002217
假设此时
Figure BDA00033671356800002218
与
Figure BDA00033671356800002219
的相位角
Figure BDA00033671356800002220
超出
Figure BDA00033671356800002221
转至步骤8。
步骤8：
Figure BDA00033671356800002222
星计算
Figure BDA00033671356800002223
星轨道高度调整量。
若此时是第一次维持，则编队维持时间Tf为当前时刻距初始时刻的时长；否则Tf为上次成员星轨道机动的时刻距当前时刻的时长。计算
Figure BDA00033671356800002224
轨道衰减率为
Figure BDA00033671356800002225
当前时刻为t0，参考星上一次回到目标轨道的时刻为tl0，参考星维持时间为Tl，参考星当前半长轴为
Figure BDA00033671356800002226
标称半长轴为
Figure BDA00033671356800002227
轨道衰减率为
Figure BDA00033671356800002228
假设此时t0+Tf＞tl0+Tl，则Tf时间内
Figure BDA00033671356800002229
将执行轨道机动。参考星
Figure BDA00033671356800002230
在上一次维持中作为基准星，则，
Figure BDA00033671356800002231
半长轴随时间变化的函数为：
Figure BDA0003367135680000231
参考星平均半长轴为
Figure BDA0003367135680000232
计算Tf时间内参考星纬度辐角总变化，
Figure BDA0003367135680000233
k为Tf时间内参考星轨道机动次数。计算
Figure BDA0003367135680000234
星半长轴调整量
Figure BDA0003367135680000235
和
Figure BDA0003367135680000236
通过求解下列方程组获得：
Figure BDA0003367135680000237
Figure BDA0003367135680000238
为成员星需要调整的纬度辐角量，即从当前纬度辐角调整
Figure BDA0003367135680000239
卫星将到达自身的标准相位
Figure BDA00033671356800002310
步骤9：
Figure BDA00033671356800002311
星在当前时刻执行轨道机动，半长轴调整量为
Figure BDA00033671356800002312
并在Tf时间后执行轨道机动，半长轴调整量为
Figure BDA00033671356800002313
轨道机动执行完毕判断是否达到星座寿命末期，若是，结束自主维持控制；否则自由飞行并等待下一个控制周期。
【实施例3】
本例中星座含一个双星跟飞编队和一个三星跟飞编队，共有8个异面质比卫星，暂时编号为1-8。维持初始时刻各星位于标称半长轴和标准相位，构型图 10所示。
步骤1：1—8星身份确定。
该步骤在发射前执行，计算每个卫星在轨迎风面面质比。在两个跟飞编队中面质比大小情况为：编队1中3星最小，编队2中6星最小，则确定卫星1,2,3,6,8 为参考星，重新命名为
Figure BDA00033671356800002314
编队1内部，
Figure BDA00033671356800002315
为参考星，为统一描述涉及编队控制时将
Figure BDA00033671356800002316
称为
Figure BDA00033671356800002317
4星为编队成员星，重新命名为
Figure BDA00033671356800002318
编队2内部，
Figure BDA00033671356800002319
为参考星，为统一描述涉及编队控制时将
Figure BDA00033671356800002320
称为
Figure BDA00033671356800002321
5星和7星为编队成员星，重新命名为
Figure BDA0003367135680000241
和
Figure BDA0003367135680000242
由于各编队独立控制，如此命名不会干扰。假设依据星上信息处理能力，选择
Figure BDA0003367135680000243
星为参考星主星负责策略解算，选择
Figure BDA0003367135680000244
星为编队1主星负责策略解算，选择
Figure BDA0003367135680000245
星为编队2主星负责策略解算。仿真确定参考星第一次维持时刻距初始时刻的时长Tl。
步骤2：所有卫星完成自主维持控制初始化。完成星上时间同步，建立星间通信链路。
Figure BDA0003367135680000246
为参考星，
Figure BDA0003367135680000247
为主星。编队1中
Figure BDA0003367135680000248
为编队成员星，其参考星为
Figure BDA0003367135680000249
Figure BDA00033671356800002410
为编队主星。编队2中
Figure BDA00033671356800002411
为编队成员星，其参考星为
Figure BDA00033671356800002412
Figure BDA00033671356800002413
为编队主星。
步骤3—6与实施例1相同。编队1的维持方法与实施例2相同，下面说明编队2的维持方法。
步骤7：编队相位监控。假设此时参考星
Figure BDA00033671356800002414
不执行轨道机动。编队标准相位和临界相位分别为
Figure BDA00033671356800002415
Figure BDA00033671356800002416
星测量自身当前轨道半长轴
Figure BDA00033671356800002417
和纬度辐角并将信息传至
Figure BDA00033671356800002418
假设此时
Figure BDA00033671356800002419
与
Figure BDA00033671356800002420
的相位角
Figure BDA00033671356800002421
超出
Figure BDA00033671356800002422
转至步骤8。
步骤8：
Figure BDA00033671356800002423
星计算
Figure BDA00033671356800002424
星轨道高度调整量。
若此时是第一次维持，则编队维持时间Tf为当前时刻距初始时刻的时长；否则Tf为上次成员星轨道机动的时刻距当前时刻的时长。计算
Figure BDA00033671356800002425
轨道衰减率为
Figure BDA00033671356800002426
当前时刻为t0，参考星上一次回到目标轨道的时刻为tl0，参考星维持时间为Tl，参考星当前半长轴为
Figure BDA00033671356800002427
标称半长轴为
Figure BDA00033671356800002428
轨道衰减率为
Figure BDA00033671356800002429
假设此时t0+Tf＜tl0+Tl，则Tf时间内
Figure BDA00033671356800002430
自由运动。
Figure BDA00033671356800002431
平均半长轴为
Figure BDA00033671356800002432
计算Tf时间内参考星纬度辐角总变化，
Figure BDA00033671356800002433
k为Tf时间内参考星轨道机动次数。计算
Figure BDA00033671356800002434
星半长轴调整量
Figure BDA00033671356800002435
通过求解下列方程组获得：
Figure BDA0003367135680000251
Figure BDA0003367135680000252
为成员星需要调整的纬度辐角量，即从当前纬度辐角调整
Figure BDA0003367135680000253
卫星将到达自身的标准相位
Figure BDA0003367135680000254
步骤9：
Figure BDA0003367135680000255
星在当前时刻执行轨道机动，半长轴调整量分别为
Figure BDA0003367135680000256
并在Tf时间后执行轨道机动，半长轴调整量为
Figure BDA0003367135680000257
轨道机动执行完毕判断是否达到星座寿命末期，若是，结束自主维持控制；否则自由飞行并等待下一个控制周期。
相应的，本申请还提供一种电子设备，包括：一个或多个处理器；存储器，用于存储一个或多个程序；当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如上述的异面质比卫星星座的自主构型维持方法。
相应的，本申请还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现如上述的异面质比卫星星座的自主构型维持方法。
本领域技术人员在考虑说明书及实践这里公开的内容后，将容易想到本申请的其它实施方案。本申请旨在涵盖本申请的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本申请的一般性原理并包括本申请未公开的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本申请的真正范围和精神由下面的权利要求指出。
应当理解的是，本申请并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本申请的范围仅由所附的权利要求来限制。

Claims (10)

1.一种异面质比卫星星座的自主构型维持方法，其特征在于，应用于编队主星，包括：
接收各参考星的参考星纬度辐角变化量；
获取编队维持时间、各成员星的成员星半长轴、成员星标称半长轴、标准纬度辐角差值、成员星轨道衰减率和成员星纬度辐角；
根据所述编队维持时间、参考星纬度辐角变化量和各成员星的成员星半长轴、成员星轨道衰减率、成员星纬度辐角、标准纬度辐角差值、成员星标称半长轴，计算成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量；
将所述各成员星的半长轴第一调整量和半长轴第二调整量发送给各成员星，以使得各成员星根据所述成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量进行轨道机动。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，还包括：
每个编队监控周期开始时，判断编队参考星是否正在执行轨道机动，若是，则等待所述编队参考星轨道机动结束；
根据各成员星的成员星纬度辐角，判断编队中的所有成员星是否都满足编队构型约束，若是，则更新所述编队监控周期，若否，则计算成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量并将所述各成员星的半长轴第一调整量和半长轴第二调整量发送给各成员星。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成员星轨道衰减率由根据两次测量时刻及所述两次测量时刻对应的成员星半长轴计算得到。
4.一种异面质比卫星星座的自主构型维持方法，其特征在于，应用于参考星主星，包括：
获取当前时刻、各参考星的参考星半长轴、参考星标称半长轴、参考星上一次回到目标轨道的时刻、参考星纬度辐角、参考星维持时间和参考星轨道衰减率以及各参考星所在编队的编队维持时间；
根据各参考星的参考星纬度辐角，确定基准星并计算各参考星的参考星纬度辐角调整量；
根据所述基准星的基准星轨道衰减率、基准星半长轴、基准星标称半长轴和基准星维持时间，计算基准星半长轴调整量和基准星纬度辐角变化量；
根据基准星半长轴调整量，设置基准星半长轴第一调整量和基准星半长轴第二调整量；
根据所述参考星轨道衰减率、参考星半长轴、参考星标称半长轴、参考星维持时间和基准星纬度辐角变化量，计算除基准星之外所有参考星的参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量；
将所述基准星半长轴第一调整量和基准星半长轴第二调整量发送给所述基准星并将所述参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量发送给对应的参考星，以使得各参考星根据所述参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量进行轨道机动；
根据所述参考星标称半长轴、参考星轨道衰减率、参考星上一次回到目标轨道的时刻、参考星维持时间、参考星半长轴第一调整量、当前时刻和编队维持时间，计算参考星纬度辐角变化量；
将所述参考星纬度辐角变化量发送给编队主星，以使得编队主星获取编队维持时间、各成员星的成员星半长轴、成员星标称半长轴、标准纬度辐角差值、成员星轨道衰减率和成员星纬度辐角；根据编队维持时间、参考星纬度辐角变化量和各成员星的成员星半长轴、成员星轨道衰减率、成员星纬度辐角、标准纬度辐角差值、成员星标称半长轴，计算成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量；将所述各成员星的半长轴第一调整量和半长轴第二调整量发送给各成员星，以使得各成员星根据所述成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量进行轨道机动。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，还包括：
每个参考星监控周期开始时，获取各参考星的参考星纬度辐角；
根据所述各参考星的参考星纬度辐角，判断是否存在参考星不符合参考星构型约束，若是，则计算各参考星的参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量并将所述各参考星的参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量发送给各参考星，若否，则更新所述参考星监控周期。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据所述基准星轨道衰减率、基准星半长轴、基准星标称半长轴和基准星维持时间，计算基准星半长轴调整量和基准星纬度辐角变化量，包括：
根据所述基准星半长轴、基准星标称半长轴、基准星轨道衰减率和参考星维持时间，计算参考星维持时间内的基准星半长轴调整量；
根据基准星半长轴、基准星轨道衰减率和参考星维持时间，计算参考星维持时间内的基准星平均角速度；
根据基准星平均角速度、参考星维持时间、基准星半长轴调整量、基准星半长轴、基准星标称半长轴和基准星轨道衰减率，计算基准星纬度辐角变化量。
7.一种异面质比卫星星座的自主构型维持装置，其特征在于，应用于编队主星，包括：
接收模块，用于接收各参考星的参考星纬度辐角变化量；
第一获取模块，用于获取编队维持时间、各成员星的成员星半长轴、成员星标称半长轴、标准纬度辐角差值、成员星轨道衰减率和成员星纬度辐角；
第一计算模块，用于根据所述编队维持时间、参考星纬度辐角变化量和各成员星的成员星半长轴、成员星轨道衰减率、成员星纬度辐角、标准纬度辐角差值、成员星标称半长轴，计算成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量；
第一发送模块，用于将所述各成员星的半长轴第一调整量和半长轴第二调整量发送给各成员星，以使得各成员星根据所述成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量进行轨道机动。
8.一种异面质比卫星星座的自主构型维持装置，其特征在于，应用于参考星主星，包括：
第二获取模块，用于获取当前时刻、各参考星的参考星半长轴、参考星标称半长轴、参考星上一次回到目标轨道的时刻、参考星纬度辐角、参考星维持时间和参考星轨道衰减率以及各参考星所在编队的编队维持时间；
确定模块，用于根据各参考星的参考星纬度辐角，确定基准星并计算各参考星的参考星纬度辐角调整量；
第二计算模块，用于根据所述基准星的基准星轨道衰减率、基准星半长轴、基准星标称半长轴和基准星维持时间，计算基准星半长轴调整量和基准星纬度辐角变化量；
设置模块，用于根据基准星半长轴调整量，设置基准星半长轴第一调整量和基准星半长轴第二调整量；
第三计算模块，用于根据所述参考星轨道衰减率、参考星半长轴、参考星标称半长轴、参考星维持时间和基准星纬度辐角变化量，计算除基准星之外所有参考星的参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量；
第二发送模块，用于将所述基准星半长轴第一调整量和基准星半长轴第二调整量发送给所述基准星并将各参考星的参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量发送给对应的参考星，以使得各参考星根据所述参考星半长轴第一调整量和参考星半长轴第二调整量进行轨道机动；
第四计算模块，用于根据所述参考星标称半长轴、参考星轨道衰减率、参考星上一次回到目标轨道的时刻、参考星维持时间、参考星半长轴第一调整量、当前时刻和编队维持时间，计算参考星纬度辐角变化量；
第三发送模块，用于将所述参考星纬度辐角变化量发送给编队主星，以使得编队主星获取编队维持时间、各成员星的成员星半长轴、成员星标称半长轴、标准纬度辐角差值、成员星轨道衰减率和成员星纬度辐角；根据编队维持时间、参考星纬度辐角变化量和各成员星的成员星半长轴、成员星轨道衰减率、成员星纬度辐角、标准纬度辐角差值、成员星标称半长轴，计算成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量；将所述各成员星的半长轴第一调整量和半长轴第二调整量发送给各成员星，以使得各成员星根据所述成员星半长轴第一调整量和成员星半长轴第二调整量进行轨道机动。
9.一种电子设备，其特征在于，包括：
一个或多个处理器；
存储器，用于存储一个或多个程序；
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现如权利要求1-3或权利要求4-6任一项所述的方法。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机指令，其特征在于，该指令被处理器执行时实现如权利要求1-3或权利要求4-6中任一项所述方法的步骤。
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