一种地球同步转移段轨道根数高精度拟合方法技术

本发明专利技术公开了一种地球同步转移段轨道根数高精度拟合方法，具体按照如下步骤实施：步骤1，在轨道拟合时间区间内定步长并计算k组轨道数据，步骤2，计算轨道平均半长轴和平均轨道角速度n；步骤3，根据k组轨道数据以及轨道平均半长轴和平均轨道角速度n列写预报方程；步骤4，列写系统状态方程和状态转移矩阵Φ；步骤5，对状态转移矩阵Φ进行SVD奇异值分解；步骤6，计算轨道系数拟合矩阵P，步骤7，将计算的轨道系数拟合矩阵P代入步骤3的预报方程中实现轨道预报。本发明专利技术一种地球同步转移段轨道根数高精度拟合方法，采用基函数拟和方法，将复杂的计算工作放在地面完成，实现了高精度的轨道预报。道预报。道预报。

【技术实现步骤摘要】
一种地球同步转移段轨道根数高精度拟合方法


[0001]本专利技术属于航天器测量与控制方法
，涉及一种地球同步转移段轨道根数高精度拟合方法。

技术介绍

[0002]根据地球同步卫星配置要求，在转移轨道段，以星敏感器作为主份方案，实现卫星对地指向、点火姿态建立等姿态控制任务。星敏感器输出卫星相对地心惯性系(通常为J2000)的姿态信息，需要结合轨道信息才能确定当前卫星相对轨道系的三轴姿态。
[0003]地球同步卫星转移轨道段，在轨道高度大于20000km以上时，卫星进行对地指向、点火姿态建立等姿态控制任务需要轨道信息。卫星远地点变轨490N发动机工作过程中使用陀螺积分作为主份方案，陀螺积分必须提供精确的初始姿态信息作为陀螺积分初值，才能保证此后变轨过程中的姿态精度。因此，转移段需要高精度的轨道递推方法进行轨道计算。
[0004]由于转移段轨道所受的摄动力主要是地球非球形摄动、日月引力摄动、光压摄动。上述三者力的表现形式相对较为固定，经分析三种摄动力最终使得卫星轨道变化的形式主要表现为与时间相关的一次项和周期项。因此，星上采用基于该种表现形式基函数的数据拟合轨道递推方式。充分利用地面高精度轨道预报模型，获取精确的基函数系数，实现星上高精度轨道预报。
[0005]在转移段过程中，由于大偏心率的影响，卫星位置速度展开的基函数表达方式极为复杂，各参数之间存在较强的耦合关系，因此不宜使用位置速度作为转移段星上轨道预报模型的参数。
[0006]以往星上使用的轨道根数计算方法基本都是采用动力学积分的方法外推实现的，由于受制于星上计算机运算能力，星上采用的动力学模型相对简单，这就使得外推轨道根数不能满足高精度的需求。

技术实现思路

[0007]本专利技术的目的是提供一种地球同步转移段轨道根数高精度拟合方法，采用基函数拟和方法，将复杂的计算工作放在地面完成，实现了高精度的轨道预报。
[0008]本专利技术所采用的技术方案是，一种地球同步转移段轨道根数高精度拟合方法，采用轨道根数作为星上轨道预报参数的基函数模型，利用SVD奇异值分解对基函数的系数矩阵P进行拟合计算，具体按照如下步骤实施：
[0009]步骤1，在轨道拟合时间区间[t0，t
f
]内定步长Δt并计算k组轨道数据，轨道数据包括卫星轨道参数时间t
j
＝t0+(j
‑
1)
·
Δt，j＝1，2，3，...，k，半长轴a
j
，偏心率e
j
，倾角i
j
，升交点赤经Ω
j
，近地点幅角ω
j
，平近点角M
j
；
[0010]步骤2，计算轨道平均半长轴和平均轨道角速度n；
[0011]步骤3，根据k组轨道数据以及轨道平均半长轴和平均轨道角速度n列写预报方程，在转移段采用轨道六根数作为星上轨道预报参数的基函数模型进行轨道预报；
[0012]步骤4，列写系统状态方程，系数矩阵P满足的线性方程组为：
[0013]ΦP＝F，其中，
[0014]f(t
j
)＝(a
j
，e
j
，i
j
，Ω
j
，ω
j
，M
j
)
T
，j＝1,2,3,
…
,k；Φ为状态转移矩阵；
[0015]步骤5，对状态转移矩阵Φ进行SVD奇异值分解，分解后为：Φ
m
×
l
＝U
m
×
m
D
m
×
l
V
l
×
l
，计算矩阵U
m
×
m
、D
m
×
l
、V
l
×
l
，m为系统状态方程维数，l为系数矩阵P维数，其中，U
m
×
m
为m维正交矩阵，V
l
×
l
为l维数正交矩阵，为分块矩阵，S
m
×
m
为m维对角矩阵，对角线线元素为系数矩阵P的非零特征值；
[0016]步骤6，计算轨道系数拟合矩阵P，计算方法为：
[0017][0018]步骤7，将计算的轨道系数拟合矩阵P代入步骤3的预报方程中实现轨道预报。
[0019]本专利技术的特征还在于，
[0020]步骤2的轨道平均半长轴和平均轨道角速度n按照如下公式计算：
[0021][0022][0023]其中，μ为地球引力常数。
[0024]步骤3中的预报方程如下：
[0025]a
j
＝P
a0
+P
a1
t
j
+P
a1s sin nt
j
+P
a1c cos nt
j
+P
a2s sin 2nt
j
+P
a2c cos 2nt
j
+P
a3s sin 3nt
j
+P
a3c cos 3nt
j
[0026]e
j
＝P
e0
+P
e1
t
j
+P
e1s sin nt
j
+P
e1c cos nt
j
+P
e2s sin 2nt
j
+P
e2c cos 2nt
j
+P
e3s sin 3nt
j
+P
e3c cos 3nt
j
[0027]i
j
＝P
i0
+P
i1
t
j
+P
i1s sin nt
j
+P
i1c cos nt
j
+P
i2s sin 2nt
j
+P
i2c cos 2nt
j
+P
i3s sin 3nt
j
+P
i3c cos 3nt
j
[0028]Ω
j
＝P
Ω0
+P
Ω1
t
j
+P
Ω1s sin nt
j
+P
Ω1c cos nt
j
+P
Ω2s sin 2nt
j
+P
Ω2c cos 2nt
j
+P
Ω3s sin 3nt
j
+P
Ω3c cos 3nt
j
[0029]ω
j<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种地球同步转移段轨道根数高精度拟合方法，其特征在于，采用轨道根数作为星上轨道预报参数的基函数模型，利用SVD奇异值分解对基函数的系数矩阵P进行拟合计算，具体按照如下步骤实施：步骤1，在轨道拟合时间区间[t0,t
f
]内定步长Δt并计算k组轨道数据，所述轨道数据包括卫星轨道参数时间t
j
＝t0+(j
‑
1)
·
Δt，j＝1,2,3,
…
,k，半长轴a
j
，偏心率e
j
，倾角i
j
，升交点赤经Ω
j
，近地点幅角ω
j
，平近点角M
j
；步骤2，计算轨道平均半长轴和平均轨道角速度n；步骤3，根据k组轨道数据以及轨道平均半长轴和平均轨道角速度n列写预报方程，在转移段采用轨道六根数作为星上轨道预报参数的基函数模型进行轨道预报；步骤4，列写系统状态方程，系数矩阵P满足的线性方程组为：ΦP＝F，其中，f(t
j
)＝(a
j
，e
j
，i
j
，Ω
j
，ω
j
，M
j
)
T
，j＝1,2,3,
…
,k；Φ为状态转移矩阵；步骤5，对状态转移矩阵Φ进行SVD奇异值分解，Φ
m
×
l
＝U
m
×
m
D
m
×
l
V
l
×
l
，计算矩阵U
m
×
m
、D
m
×
l
、V
l
×
l
，m为系统状态方程维数，l为系数矩阵P维数，其中，U
m
×
m
为m维正交矩阵，V
l
×
l
为l维数正交矩阵，为分块矩阵，S
m
×
m
为m维对角矩阵，对角线线元素为系数矩阵P的非零特征值；步骤6，计算轨道系数拟合矩阵P，计算方法为：步骤7，将计算的轨道系数拟合矩阵P代入步骤3的预报方程中实现轨道预报。2.根据权利要求1所述的一种地球同步转移段轨道根数高精度拟合方法，其特征在于，所述步骤2所述的轨道平均半长轴和平均轨道角速度n按照如下公式计算：和平均轨道角速度n按照如下公式计算：其中，μ为地球引力常数。3.根据权利要求2所述的一种地球同步转移段轨道根数高精度拟合方法，其特征在于，所述步骤3中的预报方程如下：a
j
＝P
a0
+P
a1
t
j
+P
a1s
sinnt
j
+P
a1c
cosnt
j
+P
a2s
sin2nt
j
+P
a2c
cos2nt
j
+P
a3s
sin3nt
j
+P
a3c
cos3nt
j
e
j
＝P
e0
+P
e1
t
j
+P
e1s
sinnt
j
+P
e1c
cosnt
j
+P
e2s
sin2nt
j
+P
e2c
cos2nt
j
+P
e3s
sin3nt
j<...

【专利技术属性】
技术研发人员：李恒年，靳忠涛，杨永安，宋超，孙守明，钟文冬，任登高，李代伟，马宏，叶修松，杨元，刘兴，
申请(专利权)人：中国西安卫星测控中心，
类型：发明
国别省市：