一种星座相对相位控制的方法及计算机设备技术

本申请公开了一种星座相对相位控制的方法及计算机设备，该方法包括：根据预设的轨道摄动方程对预设预报时间段内进行轨道预报得到轨道要素，根据所述轨道要素计算卫星星座中各相邻卫星之间的相位偏差；判断是否存在任一相邻卫星之间的相位偏差超出预设误差容限；若存在，则根据预设优化目标计算得到卫星星座中每个卫星所对应的轨道半长轴修正量，根据轨道半长轴修正量对每个卫星进行轨道控制。本申请解决了现有技术中不利于延长星座的在轨寿命的技术问题。的技术问题。的技术问题。

【技术实现步骤摘要】
一种星座相对相位控制的方法及计算机设备


[0001]本申请涉及卫星星座控制
，尤其涉及一种星座相对相位控制的方法及计算机设备。

技术介绍

[0002]卫星星座是由一些卫星按一定的方式配置组成的卫星网。卫星星座在轨运行期间，由于卫星入轨误差和各种摄动因素的长期影响，例如地球扁率、大气阻力和太阳光压力等，使得卫星星座逐渐偏离标称构型，这将导致卫星星座性能的降低甚至失效。为了保证卫星星座在轨运行期间构型的稳定性，星座构型的保持控制是必须的，而星座构型常见的控制方式主要包括绝对控制方式和相对控制方式。为了保证卫星星座性能的连续性，卫星在标称站位附近一定范围内都能满足性能要求，这个范围被称为误差盒。星座构型的绝对控制就是保证单个卫星始终处在误差盒内。这种方法简单，每颗卫星之间可以单独进行控制，不需要信息交叉；但是由于摄动因素持续存在，每个卫星控制频繁，燃料消耗较多。而相对控制策略通过控制卫星之间的相对位置来实现星座构型保持。由于摄动因素对为星间相对位置的影响较小，这种控制方法的控制周期较长，燃料消耗较少，但是需要卫星之间的信息交换。
[0003]为了从燃料消耗角度延长星座寿命，应该通过合理的修正量分配使得燃料消耗最少。此外，由于星座是依靠各个卫星协同工作从而实现特定的航天任务，任何一个卫星的失效都会造成整个星座性能的降低。为了保证整个星座在轨运行的寿命，星座构形保持控制应该考虑各卫星燃料消耗的一致性。即需要对卫星的相对控制进行合理分配，保证每个卫星燃料的消耗速率尽可能相同、且每个卫星的燃料消耗在寿命周期内的均衡性，从而保证星座在整个寿命周期内能够满站位运行，较好地实现星座的性能。

技术实现思路

[0004]本申请解决的技术问题是：针对现有技术中相位控制不利于延长星座的在轨寿命问题，本申请提供了一种星座相对相位控制的方法及计算机设备，本申请实施例所提供的方案中，一方面以最小化星座整体燃料消耗作为目标，寻找满足卫星之间相位差约束的相位修正量，在一定程度上保证了各个卫星燃料消耗的一致性，确保了每个卫星燃料消耗速率的均衡性，有利于从燃料消耗角度延长星座的在轨寿命；另一方面各个卫星之间充分进行信息交叉，有利于整个星座构型的自主维持与协调任务规划。
[0005]第一方面，本申请实施例提供一种星座相对相位控制的方法，该方法包括：
[0006]根据预设的轨道摄动方程对预设预报时间段内进行轨道预报得到轨道要素，根据所述轨道要素计算卫星星座中各相邻卫星之间的相位偏差；
[0007]判断是否存在任一相邻卫星之间的相位偏差超出预设误差容限；
[0008]若存在，则根据预设优化目标计算得到卫星星座中每个卫星所对应的轨道半长轴修正量，根据轨道半长轴修正量对每个卫星进行轨道控制。
[0009]可选地，根据预设的轨道摄动方程对预设预报时间段内进行轨道预报得到轨道要素，包括：
[0010]在考虑地球扁率J2摄动、大气阻力和日月引力的影响下，根据预设的轨道摄动方程对预设预报时间段内进行轨道预报得到轨道要素。
[0011]可选地，根据所述轨道要素计算卫星星座中各相邻卫星之间的相位偏差，包括：
[0012]根据预设的迭代算法以及所述轨道要素计算每个卫星所对应的偏近点角，根据所述偏近点角计算每个卫星所对应的真近点角；
[0013]根据所述真近点角和所述轨道要素中近地点辐角计算每个卫星的纬度辐角，根据所述纬度辐角计算各相邻卫星之间的相位偏差。
[0014]可选地，根据预设的迭代算法以及所述轨道要素计算每个卫星所对应的偏近点角，包括：
[0015]通过下式计算每个卫星所对应的偏近点角：
[0016]E
k+1
＝e
×
sin E
k
+M
[0017]其中，E
k+1
表示第k+1次迭代所得到的偏近点角；E
k
表示第k次迭代所得到的偏近点角；e表示轨道偏心率；M表示平近点角。
[0018]可选地，根据预设优化目标计算卫星星座中每个卫星所对应的轨道半长轴修正量，包括：
[0019]以最小化卫星星座整体燃料消耗为目标，计算卫星星座中每个卫星所对应的相位修正量，以使得在轨道控制后卫星之间相位差在标称值的误差允许范围内；根据所述相位修正量计算所述轨道半长轴修正量。
[0020]可选地，以最小化卫星星座整体燃料消耗为目标，计算卫星星座中每个卫星所对应的相位修正量，包括：
[0021]通过求解如下公式计算得到每个卫星所对应的相位修正量：
[0022][0023]s.tA
eq
Δu
t
＝B
eq
[0024]‑
ε
u
≤Δu
it
≤ε
u
[0025]Δu
t
＝[Δu
1t
，Δu
2t
，
…
，Δu
nt
][0026]其中，Δu
it
表示轨道平面内第i个卫星的相位修正量；ε
u
表示相对相位的误差容限；矩阵A
eq
和B
eq
维度为n，具体表示如下：
[0027][0028]可选地，以轨道控制后卫星之间相位差在标称值的误差允许范围内为目标，根据所述相位修正量计算所述轨道半长轴修正量，包括：
[0029]通过如下公式计算所述轨道半长轴修正量：
[0030][0031][0032]其中，a表示轨道半长轴；μ表示地球引力常量；表示第i个卫星与第i+1个卫星相位差在时间T上的差分，代表当前状态下相邻卫星之间相位差的趋近率；代表第f个卫星相位控制量所带来的相位差趋近率，K＝
‑
1/H
u
，H
u
为时间常数。
[0033]可选地，还包括：判断是否结束轨道预报；若不结束，则根据轨道半长轴修正量更新轨道半长轴，根据更新后的轨道半轴重新对预设预报时间段内进行轨道预报得到轨道要素，直到结束轨道预报为止。
[0034]第二方面，本申请提供一种计算机设备，该计算机设备，包括：
[0035]存储器，用于存储至少一个处理器所执行的指令；
[0036]处理器，用于执行存储器中存储的指令执行第一方面所述的方法。
[0037]与现有技术相比，本申请实施例所提供的方案至少具有如下有益效果：
[0038]1、本申请实施例所提供的方案中，以最小化星座整体燃料消耗作为目标，寻找满足卫星之间相位差约束的相位修正量，在一定程度上保证了各个卫星燃料消耗的一致性，确保了每个卫星燃料消耗速率的均衡性，有利于从燃料消耗角度延长星座的在轨寿命；
[0039]2、本申请实施例所提供的方案中，各个卫星之间充分进行信息交叉，有利于整个星座构型的自主维持与协调任务规划。
附图说明
[0040]图1为本申请实施例所提供本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种星座相对相位控制的方法，其特征在于，包括：根据预设的轨道摄动方程对预设预报时间段内进行轨道预报得到轨道要素，根据所述轨道要素计算卫星星座中各相邻卫星之间的相位偏差；判断是否存在任一相邻卫星之间的相位偏差超出预设误差容限；若存在，则根据预设优化目标计算得到卫星星座中每个卫星所对应的轨道半长轴修正量，根据轨道半长轴修正量对每个卫星进行轨道控制。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预设的轨道摄动方程对预设预报时间段内进行轨道预报得到轨道要素，包括：在考虑地球扁率J2摄动、大气阻力和日月引力的影响下，根据预设的轨道摄动方程对预设预报时间段内进行轨道预报得到轨道要素。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述轨道要素计算卫星星座中各相邻卫星之间的相位偏差，包括：根据预设的迭代算法以及所述轨道要素计算每个卫星所对应的偏近点角，根据所述偏近点角计算每个卫星所对应的真近点角；根据所述真近点角和所述轨道要素中近地点辐角计算每个卫星的纬度辐角，根据所述纬度辐角计算各相邻卫星之间的相位偏差。4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，根据预设的迭代算法以及所述轨道要素计算每个卫星所对应的偏近点角，包括：通过下式计算每个卫星所对应的偏近点角：E
k+1
＝e
×
sin E
k
+M其中，E
k+1
表示第k+1次迭代所得到的偏近点角；E
k
表示第k次迭代所得到的偏近点角；e表示轨道偏心率；M表示平近点角。5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，根据预设优化目标计算卫得到星星座中每个卫星所对应的轨道半长轴修正量，包括：以最小化卫星星座整体燃料消耗为目标，计算卫星星座中每个卫星所对应的相位修正量，以使得在轨道控制后卫星之间相位差在标称值的误差允许范围内；根据所述相位修正量计算所述轨道半长轴修正量。6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，以最...

【专利技术属性】
技术研发人员：徐明，左小玉，郑亚茹，周静，李黎，于灵慧，杨志，何艳超，白雪，和星吉，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：