一种卫星间相对运动的距离控制方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及卫星控制技术领域，公开了一种卫星间相对运动的距离控制方法，通过第一位置关系减小伴随卫星与参考卫星之间的距离，根据第二位置关系增大伴随卫星与参考卫星之间的距离，能够将卫星间的距离保持在设定的最大距离和最小距离之间。这样，一方面可以避免星间距离过大，保证两个卫星处于的通信或其它协作关系要求的最大距离范围内；同时，能避免星间距离过小，避免两个卫星之间发生碰撞的情况。本发明专利技术提供的方法能够容忍卫星轨道摄动的影响，允许星间距离在最大和最小距离间自然变化，因而能节省控制燃料消耗。本发明专利技术提供的方法，仅需要卫星间的相对运动状态信息，而无需对卫星轨道根数进行精确控制，具有运动测量和控制实施上的简便性。控制实施上的简便性。控制实施上的简便性。

【技术实现步骤摘要】
一种卫星间相对运动的距离控制方法及系统


[0001]本专利技术涉及卫星控制
，尤其涉及一种卫星间相对运动的距离控制方法及系统。

技术介绍

[0002]采用一颗或多颗辅助卫星伴随主卫星运动，通过主卫星与辅助卫星的协同工作，可以扩展主卫星的能力或者提高任务性能，甚至实现单颗卫星无法完成的任务，这已经成为一种完成航天任务的新模式。近距离的多卫星协同任务，有的要求卫星之间严格保持规定的相对运动轨迹，有的仅需要维持卫星间距离有界的松散相伴飞行。对于相对运动轨迹有严格要求的协同任务，由于保持规定的相对运动需要持续施加控制而消耗较多燃料，也有必要在协同工作期外解除相对运动轨迹约束，仅维持松散伴飞状态来节省燃料。
[0003]卫星间松散伴随飞行，要求相对运动距离长期有界，即：卫星间的距离不能大于某个最大值，以保证卫星间的通信或其它协作关系的可行性；卫星间的距离不能小于某个最小值，以避免卫星之间发生碰撞或其它干扰。利用卫星相对运动规律的简化模型，可以设计有界相对运动轨迹，但摄动作用或初始相对运动状态偏差会导致相对运动偏离有界状态，因此还需要进行相对运动的维持控制，才能长期保持距离有界的相伴飞行。现有方法均是通过满足某种简化模型下给出匹配条件来实现卫星间距离有界的相对运动，这些条件有基于Clohessy
‑
Wiltshire(CW)方程的闭合相对运动初始条件、无摄动模型下的轨道半长轴(能量)匹配条件、平均轨道根数匹配条件、J2不变轨道条件等。其中，基于CW方程的闭合相对运动初始条件和能量匹配条件的方法因未考虑摄动，在长期保持控制中将带来大量燃料消耗。基于平均轨道根数匹配条件、J2不变轨道条件的方法虽然考虑了地球非球形摄动J2项的影响，能减少维持控制的燃料消耗，但是需要很高的轨道根数保持控制精度，对导航与控制提出很高要求。
[0004]可见，基于相对运动状态、不依赖高精度轨道根数信息、且能够充分考虑摄动影响以节省燃料消耗的卫星伴随飞行距离保持控制方法还有待解决。

技术实现思路

[0005]本专利技术针对上述的近圆轨道上两颗卫星近距离相伴飞行的距离维持控制问题，提供了一种卫星间相对运动的距离控制方法及系统，以解决现有技术中存在的问题。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术通过如下的技术方案来实现：
[0007]第一方面，本专利技术提供一种卫星间相对运动的距离控制方法，包括：
[0008]确定参考卫星和伴随卫星，以参考卫星为中心原点建立LVLH坐标，在设定平面内将所述LVLH坐标划分为U个象限区域，U为正整数；
[0009]确定瞬时相对椭圆IRE以及瞬时相对椭圆IRE的中心坐标(x
ct
,y
ct
)，并根据所述相对椭圆IRE的中心坐标(x
ct
,y
ct
)和所述U个象限区域之间的位置关系确定Q个第一目标控制区域和W个第二目标控制区域，Q、W均为正整数，所述瞬时相对椭圆IRE用于表示伴随卫星与
参考卫星之间的运动轨迹；
[0010]根据第一位置关系减小所述伴随卫星与所述参考卫星之间的距离，所述第一位置关系为所述椭圆IRE的中心坐标与所述Q个第一目标控制区域的位置关系；
[0011]根据第二位置关系增大所述伴随卫星与所述参考卫星之间的距离，所述第二位置关系为所述椭圆IRE的中心坐标与所述W个第二目标控制区域的位置关系。
[0012]第二方面，本申请实施例提供一种卫星间相对运动的距离控制系统，包括存储器、处理器以及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现上述第一方面所述方法的步骤。
[0013]有益效果：
[0014]本专利技术提供的卫星间相对运动的距离控制方法，通过第一位置关系减小伴随卫星与参考卫星之间的距离，根据第二位置关系增大伴随卫星与参考卫星之间的距离。这样，可以避免星间距离过大，保证两个卫星处于通信或其它协作关系要求的最大距离范围内，同时，能避免星间距离过小，进一步避免两个卫星之间发生碰撞的情况。本专利技术提供的卫星间相对运动的距离控制方法，仅需要卫星间的相对运动状态信息，无需对卫星轨道根数进行精确控制，从而降低了控制实施的轨道运动测量精度要求、增加了控制实施的简便性；基于CW方程下的相对运动几何规律进行相对运动控制策略的设计，通过相对速度冲量改变星间距离变化趋势来满足星间最大和最小距离约束，允许星间距离在设定的范围内自由变化，从而降低了控制频次和燃料需求；控制策略可以容忍摄动的影响，而非精确满足简化模型下的有界相对运动条件，从而避免持续克服摄动干扰带来的额外燃料消耗。
附图说明
[0015]图1为本专利技术优选实施例的卫星间相对运动的距离控制方法的流程图；
[0016]图2为本专利技术优选实施例的IRE中心相图轨线与距离变化趋势示意图；
[0017]图3为本专利技术优选实施例提供的IRE中心相图上的最大和最小距离控制策略示意图；
[0018]图4为本专利技术优选实施例提供的300个样本算例的x
‑
y平面内归一化距离随时间的变化示意图；
[0019]图5为本专利技术优选实施例提供的300个样本算例的x
‑
y平面内实际距离随时间的变化示意图；
[0020]图6为本专利技术优选实施例提供的第1个典型样本算例的x
‑
y平面相对运动；
[0021]图7为本专利技术优选实施例提供的第1个典型样本算例的三种控制速度冲量；其中，(a)为IRE尺寸调整的x方向速度冲量；(b)为最大距离控制的y方向速度冲量；(c)为最小距离控制的y方向速度冲量；
[0022]图8为本专利技术优选实施例提供的第1个典型样本算例的相对运动几何参数变化情况；
[0023]图9为本专利技术优选实施例提供的第1个典型样本算例的IRE中心相图运动；
[0024]图10为本专利技术优选实施例提供的第2个典型样本算例的x
‑
y平面相对运动；
[0025]图11为本专利技术优选实施例提供的第2个典型样本算例的三种控制速度冲量；其中，(a)为IRE尺寸调整的x方向速度冲量；(b)为最大距离控制的y方向速度冲量；(c)为最小距
离控制的y方向速度冲量；
[0026]图12为本专利技术优选实施例提供的第2个典型样本算例的相对运动几何参数变化情况；
[0027]图13为本专利技术优选实施例提供的第2个典型样本算例的IRE中心相图运动。
具体实施方式
[0028]下面对本专利技术的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。
[0029]请参见图1，本申请实施例提供一种卫星间相对运动的距离控制方法，包括：
[0030]步骤101、确定参考卫星和伴随卫星，以参考卫星为中心原点建立L本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种卫星间相对运动的距离控制方法，其特征在于，包括：确定参考卫星和伴随卫星，以参考卫星为中心原点建立LVLH坐标，在设定平面内将所述LVLH坐标系划分为U个象限区域，U为正整数；确定瞬时相对椭圆IRE以及瞬时相对椭圆IRE的中心坐标(x
ct
,y
ct
)，并根据所述相对椭圆IRE的中心坐标(x
ct
,y
ct
)和所述U个象限区域之间的位置关系确定Q个第一目标控制区域和W个第二目标控制区域，V、W均为正整数，所述瞬时相对椭圆IRE用于表示伴随卫星与参考卫星之间的运动轨迹；根据第一位置关系减小所述伴随卫星与所述参考卫星之间的距离，所述第一位置关系为所述椭圆IRE的中心坐标与所述Q个第一目标控制区域的位置关系；根据第二位置关系增大所述伴随卫星与所述参考卫星之间的距离，所述第二位置关系为所述椭圆IRE的中心坐标与所述W个第二目标控制区域的位置关系。2.根据权利要求1所述的卫星间相对运动的距离控制方法，其特征在于，所述U个象限区域包括第一象限区域、第二象限区域、第三象限区域以及第四象限区域，根据所述第一位置关系减小所述伴随卫星与所述参考卫星之间的距离，包括：在所述瞬时相对椭圆IRE的中心坐标位于x
ct
≤0且y
ct
≥y
max
(x
ct
)的区域内，或者位于x
ct
＞0且y
ct
≤
‑
y
max
(
‑
x
ct
)的区域内时，调整所述中心坐标中的x
ct
为
‑
x
ct
；其中y
max
(x
ct
)为最大距离边界函数。3.根据权利要求1所述的卫星间相对运动的距离控制方法，其特征在于，根据第二位置关系增大所述伴随卫星与所述参考卫星之间的距离，包括：在所述瞬时相对椭圆IRE的中心坐标位于第一部分控制区域时，调整所述中心坐标中的x
ct
为第一预设值；在所述瞬时相对椭圆IRE的中心坐标位于第二部分控制区域时，调整所述中心坐标中的x
ct
为第二预设值；其中，所述第一部分控制区域为所述W个第二目标控制区域中的部分控制区域，所述第二部分控制区域为所述W个第二目标控制区域中除所述第一部分控制区域以外的其余控制区域。4.根据权利要求1所述的卫星间相对运动的距离控制方法，其特征在于，所述W个第二目标...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈琪锋，魏才盛，廖宇新，孟云鹤，孟昭泰，熊壮壮，
申请(专利权)人：中南大学，
类型：发明
国别省市：