一种分布式卫星编队构形设计与保持一体化迭代优化方法技术

本发明专利技术公开了一种分布式卫星编队构形设计与保持一体化迭代优化方法,包括以下步骤：根据观测基线需求，构建构形平面内受控运动模型和构建构形平面外受控运动模型，建立编队构形受摄和受控发散量模型；基于所述编队构形受摄和受控发散量模型建立观测基线受摄发散量模型；基于所述观测基线受摄发散量模型解析求解编队构形参数；基于所述编队构形参数，根据构形平面内阈值和构形平面外阈值选取构形维持控制阈值，获得构形参数与控制策略，完成分布式卫星编队构形设计与保持一体化迭代优化。本发明专利技术通过建立控制能力

【技术实现步骤摘要】
一种分布式卫星编队构形设计与保持一体化迭代优化方法


[0001]本专利技术属于编队构形设计与控制
，尤其涉及一种分布式 卫星编队构形设计与保持一体化迭代优化方法。

技术介绍

[0002]干涉合成孔径雷达(Interferometric synthetic apertureradar，InSAR)是获取三维地表信息和形变测量的关键技术。由于卫 星编队系统可以提供超大观测基线和观测精度，并能灵活调节观测基 线，基于卫星编队的InSAR技术受到各国的重视，日益成为各国空间 基础设施的重要组成部分。InSAR卫星编队系统可以提供多尺度观测 基线，可以在观测基线间灵活切换，满足全球全地形高程测量的需求。 InSAR卫星编队技术中，编队构形设计与保持控制是核心技术。其中 编队构形设计是以观测基线需求为输入，根据卫星相对运动规律设计 相应卫星轨道；编队构形保持控制是由利用执行机构和控制策略保持 预定的卫星轨道的过程。
[0003]目前的编队构形设计与控制是两个独立的技术环节其中构形设 计通常采用数值迭代优化方法，根据基线目标和安全性、稳定性等约 束试凑最优构形公开了“InSAR卫星编队构型多约束优化设计方法研 究”；构形保持控制常依据构形受摄发散原理优化最优点火位置和点 火速度增量(参见申请号为CN310192870.9的中国专利，公开了“一 种基于燃料消耗优化的卫星编队构形控制方法”)。但卫星携带燃料 有限，只能采用离散脉冲点火控制实现构型保持，若按照既定基线需 求设计的编队系统会受空间摄动影响而发散，导致观测基线离开最优 观测区间而不可用。即，采用现有设计与控制独立技术方案，会出现 观测基线不可用的区域，影响InSAR系统对全球全地形覆盖。因此， 亟需一种分布式卫星编队构形设计与保持一体化迭代优化方法。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提出一种分布式卫星编队构形设计与保持一 体化迭代优化方法，获得了观测基线始终可用的编队构形，保证了编 队系统应用效能，大幅提高了观测效率，且计算复杂度低，构形设计 时间短。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供了一种分布式卫星编队构形设计与 保持一体化迭代优化方法，包括以下步骤：
[0006]根据观测基线需求，构建构形平面内受控运动模型和构建构形平 面外受控运动模型，建立编队构形受摄和受控发散量模型；
[0007]基于所述编队构形受摄和受控发散量模型建立观测基线受摄发 散量模型；
[0008]基于所述观测基线受摄发散量模型解析求解编队构形参数；
[0009]基于所述编队构形参数，根据构形平面内阈值和构形平面外阈值 选取构形维持控制阈值，获得构形参数与控制策略，完成分布式卫星 编队构形设计与保持一体化迭代优化。
[0010]可选的，构建构形平面内受控运动模型和构建构形平面外受控运 动模型，建立编队构形受摄和受控发散量模型，包括：
[0011]基于主星轨道坐标系，根据轨道根数差获取分布式卫星编队构形；
[0012]根据所述分布式卫星编队构形定义新的分布式卫星编队构形向 量，获取编队构形运动学方程和构形维持控制摄动方程；
[0013]对于平面内构形和平面外构形采用点火脉冲，获取脉冲点火速度 增量和纬度幅角，输入构形维持控制摄动方程中，获得编队构形受摄 和受控发散量模型。
[0014]可选的，所述分布式卫星编队构形为：
[0015][0016]其中，r
r
表示主星轨道坐标系中构形x向尺度，r
t
表示构形y向 尺度，r
n
表示构形z向尺度；a为构形主星轨道半长轴，f为构形主 星轨道真近点角，ω为主星近地点幅角，Δ表示构形主星与从星轨道 参数差。
[0017]可选的，所述建立观测基线受摄发散量模型包括：根据分布式 SAR卫星系统DEM测绘和GMTI任务需求，编队构形生成DEM垂直有 效基线和GMTI沿航迹基线，基于所述DEM垂直有效基线和所述GMTI 沿航迹基线分别建立垂直航迹向发散模型和建立沿航迹向发散模型， 获取垂直航迹向基线最大偏差量和半长轴控制残差最大偏差量。
[0018]可选的，获取垂直航迹向基线最大偏差量和半长轴控制残差最大 偏差量的计算过程包括：
[0019]B
ECT
＝|xsinφ+zcosφ|
[0020]B
AT
＝|y|＝|2x+l
y
|
[0021][0022][0023][0024][0025]其中，B
ECT
为DEM垂直有效基线，B
AT
为GMTI沿航迹基线，φ为 雷达波束投射角，向左边投射取“+”号，向右边投射取
“‑”
号，为构形平面内相位角发散量，Δi
y
构形平面外发散量，ΔB
ECTmax
为垂直 航迹向基线最大偏差量，ΔB
ATmax
为半长轴控制残差最大偏差量。
[0026]可选的，基于所述观测基线受摄发散量模型解析求解编队构形参 数包括：设定所述观测基线需求，根据所述垂直航迹向基线最大偏差 量和半长轴控制残差最大偏差量与所述观测基线需求进行修正处理 获得目标基线，基于所述目标基线获取解析求解编队构形参数。
[0027]可选的，获取构形平面内阈值包括：设定构形设计时垂直有效基 线发散量，期望的构形维持控制周期，根据构形平面外幅度发散的垂 直有效基线变化量，获得构形平面内维持控制阈值。
[0028]可选的，获取构形平面外阈值包括：设定构形沿航迹向发散量， 根据构形平面外幅度发散的垂直有效基线变化量，获取构形平面外阈 值。
[0029]本专利技术技术效果：本专利技术公开了一种分布式卫星编队构形设计与 保持一体化迭代优化方法，通过建立控制能力
‑
基线摄动模型，得到 了定量分析编队控制能力对观测基线摄动影响的方法，解决了编队设 计和编队控制间的耦合影响的问题；通过采用本专利技术方法，获得了观 测基线始终可用的编队构形，保证了编队系统应用效能，大幅提高了 观测效率，且计算复杂度低，构形设计时间短。
附图说明
[0030]构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，本 申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的 不当限定。在附图中：
[0031]图1为本专利技术实施例分布式卫星编队构形设计与保持一体化迭 代优化方法的流程示意图；
[0032]图2为本专利技术实施例垂直有效基线示意图。
具体实施方式
[0033]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例 中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本 申请。
[0034]需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算 机可执行指令的计算机系统中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻 辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或 描述的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式卫星编队构形设计与保持一体化迭代优化方法，其特征在于，包括以下步骤：根据观测基线需求，构建构形平面内受控运动模型和构建构形平面外受控运动模型，建立编队构形受摄和受控发散量模型；基于所述编队构形受摄和受控发散量模型建立观测基线受摄发散量模型；基于所述观测基线受摄发散量模型解析求解编队构形参数；基于所述编队构形参数，根据构形平面内阈值和构形平面外阈值选取构形维持控制阈值，获得构形参数与控制策略，完成分布式卫星编队构形设计与保持一体化迭代优化。2.如权利要求1所述的分布式卫星编队构形设计与保持一体化迭代优化方法，其特征在于，构建构形平面内受控运动模型和构建构形平面外受控运动模型，建立编队构形受摄和受控发散量模型，包括：基于主星轨道坐标系，根据轨道根数差获取分布式卫星编队构形；根据所述分布式卫星编队构形定义新的分布式卫星编队构形向量，获取编队构形运动学方程和构形维持控制摄动方程；对于平面内构形和平面外构形采用点火脉冲，获取脉冲点火速度增量和纬度幅角，输入构形维持控制摄动方程中，获得编队构形受摄和受控发散量模型。3.如权利要求2所述的分布式卫星编队构形设计与保持一体化迭代优化方法，其特征在于，所述分布式卫星编队构形为：其中，r
r
表示主星轨道坐标系中构形x向尺度，r
t
表示构形y向尺度，r
n
表示构形z向尺度；a为构形主星轨道半长轴，f为构形主星轨道真近点角，ω为主星近地点幅角，Δ表示构形主星与从星轨道参数差。4.如权利要求1所述的分布式卫星编队构形设计与保持一体化迭代优化方法，其特征在于，所述建立观测基线受摄发散量模型包括：根据分布式SAR卫星系统DEM测绘和GMTI任务需求，编队构形生成DEM垂直有效基线和GMTI沿航迹基线，基于所述DEM垂直有效基线和所述GMTI沿航迹基线分别建立垂...

【专利技术属性】
技术研发人员：邵晓巍，张德新，贾鹏，孙越，苏跃增，李楠，
申请(专利权)人：上海交通大学，
类型：发明
国别省市：