一种不调整轨道面的异面交会变轨方法及系统技术方案

本发明专利技术提出了一种不调整轨道面的异面交会变轨方法及系统，涉及飞行变轨领域。一种不调整轨道面的异面交会变轨方法，其包括如下步骤：根据目标飞行器和追踪飞行器预设的初始轨道参数分别设定初始轨道；预设上述追踪飞行器第一次变轨时刻的迭代初值，根据上述追踪飞行器的上述初始轨道外推至上述第一次变轨时刻；上述追踪飞行器在变轨前速度矢量的基础上，叠加变轨速度增量矢量；其中变轨速度增量矢量方向沿变轨前速度矢量方向，且大小为设定的第一次变轨速度增量大小的迭代初值；对于不共面的两个航天器，给出适用于精细动力学模型的基于数值计算的变轨方法，追踪飞行器在不调整轨道面的情况下，与目标飞行器在两个航天器轨道面交线上的空间交会。交线上的空间交会。交线上的空间交会。

【技术实现步骤摘要】
一种不调整轨道面的异面交会变轨方法及系统


[0001]本专利技术涉及飞行变轨领域，具体而言，涉及一种不调整轨道面的异面交会变轨方法及系统。

技术介绍

[0002]空间交会是指两个航天飞行器在某一个时间点到达同一个空间位置，异面空间交会是指实现空间交会的两个航天器，初始轨道不在同一个平面内。异面交会可以首先调整追踪飞行器的轨道面，使之与目标飞行器轨道面共面，之后再进行同轨道面内的空间交会；异面交会也可以对追踪飞行器不做轨道面调整，而是通过变轨控制，实现追踪飞行器在两个轨道面交点处与目标飞行器实现交会。第二种异面交会方式由于不进行轨道面调整，将会大大降低空间交会的能量消耗。本专利针对不调整轨道面的空间交会问题，给出变轨方法。传统研究空间交会问题的技术路线，主要包括两类，一是根据相对运动方程，从数学和控制理论的角度，研究不同优化指标和约束条件下的最优解；二是基于中心引力场假设下的二体理论，从轨道动力学角度，研究两点边值问题的解，例如解决给定空间两个位置和飞行时间的Lambert问题。前者基于最优控制理论求解的最优控制量，往往需要连续大小可调节的控制量，在地面常规的电力系统控制应用中比较容易实现，在航天应用中往往难以做到；后者则采用的动力学模型相对简单，不仅精度难以满足实际工程需要，两点边值问题中飞行时间和空间位置，本身就是需要确定的因素，难以基于工程中的计算条件直接给出解决方法，更多用于理论分析和定性计算。对于不调整轨道面的异面空间交会变轨方案，尚缺少适用于实际工程中精细动力学模型的数值计算条件下的设计方法。
专利
技术实现思路

[0003]本专利技术的目的之一在于提供一种不调整轨道面的异面交会变轨方法，其能够对于不共面的两个航天器，给出一种适用于精细动力学模型的基于数值计算的变轨方法，实现追踪飞行器在不调整轨道面的情况下，与目标飞行器在两个航天器轨道面交线上的空间交会。
[0004]本专利技术的目的之一在于提供一种不调整轨道面的异面交会变轨系统，其能够对于不共面的两个航天器，给出一种适用于精细动力学模型的基于数值计算的变轨方法，实现追踪飞行器在不调整轨道面的情况下，与目标飞行器在两个航天器轨道面交线上的空间交会。
[0005]本专利技术的目的之一在于提供一种电子设备，其能够对于不共面的两个航天器，给出一种适用于精细动力学模型的基于数值计算的变轨方法，实现追踪飞行器在不调整轨道面的情况下，与目标飞行器在两个航天器轨道面交线上的空间交会。
[0006]本专利技术的目的之一在于提供一种计算机存储介质，其能够对于不共面的两个航天器，给出一种适用于精细动力学模型的基于数值计算的变轨方法，实现追踪飞行器在不调整轨道面的情况下，与目标飞行器在两个航天器轨道面交线上的空间交会。
[0007]本专利技术的实施例是这样实现的：
[0008]第一方面，本申请实施例提供一种不调整轨道面的异面交会变轨方法，其包括如下步骤：1)根据目标飞行器和追踪飞行器预设的初始轨道参数分别设定初始轨道；2)预设上述追踪飞行器第一次变轨时刻的迭代初值，根据上述追踪飞行器的上述初始轨道外推至上述第一次变轨时刻；3)上述追踪飞行器在变轨前速度矢量的基础上，叠加变轨速度增量矢量；其中变轨速度增量矢量方向沿变轨前速度矢量方向，且大小为设定的第一次变轨速度增量大小的迭代初值；4)将上述追踪飞行器根据施加瞬时速度增量后的轨道外推至变轨后轨道远地点；5)根据上述追踪飞行器的远地点时刻的位置和速度，计算上述追踪飞行器到达上述远地点时刻的轨道高度以及法向相对距离；6)当上述追踪飞行器的远地点轨道与上述目标飞行器轨道的高度差以及法向相对距离中任一项不为零，则根据偏差计算上述第一次变轨时刻和上述第一次变轨速度增量大小的修正量，用于修正迭代自变量的迭代初值；7)重复步骤2)～6)，直到上述追踪飞行器的远地点轨道与上述目标飞行器轨道的高度差小于预设的第一收敛阈值，且上述追踪飞行器的远地点轨道与上述目标飞行器轨道的上述法向相对距离小于预设的第二收敛阈值；8)调整上述追踪飞行器近地点高度的相位变化，以实现与上述目标飞行器的空间交会。
[0009]在本专利技术的一些实施例中，上述步骤6)中，修正量的计算方法采用牛顿迭代法求解。
[0010]在本专利技术的一些实施例中，调整上述追踪飞行器近地点高度的相位变化，以实现与上述目标飞行器的空间交会，具体包括如下步骤：8
‑
1)在上述追踪飞行器远地点施加瞬时速度增量，变轨速度增量矢量方向沿变轨前速度矢量方向，大小为预设的远地点变轨速度增量大小的迭代初值；8
‑
2)根据预设的空间交会完成时间，估算变轨后最大飞行圈数N，上述追踪飞行器根据施加瞬时速度增量后的轨道进行外推，外推至变轨后第N圈轨道远地点；8
‑
3)根据上述追踪飞行器第N圈远地点时刻的位置和速度，以及上述目标飞行器的位置和速度，计算沿迹向相对位置；8
‑
4)如果上述追踪飞行器第N圈远地点时刻沿迹向相对位置不为零，则根据偏差计算上述追踪飞行器的上述远地点变轨速度增量大小的修正量，用于修正迭代自变量的迭代初值。
[0011]在本专利技术的一些实施例中，上述步骤8
‑
4)中，修正量的计算方法采用牛顿迭代法求解。
[0012]在本专利技术的一些实施例中，上述一种不调整轨道面的异面交会变轨方法还包括步骤8
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5)，重复第步骤8
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1)～8
‑
4)，直到上述追踪飞行器远地点沿迹向相对位置小于预设的第三收敛阈值。
[0013]在本专利技术的一些实施例中，初始轨道参数包括历元时刻、初始轨道根数、重力场模型及阶数和级数、大气密度模型及空间环境参数中的任意一项或多项。
[0014]在本专利技术的一些实施例中，预设上述追踪飞行器和上述目标飞行器的初始轨道的上述初始轨道均为圆轨道，上述追踪飞行器轨道高度低于上述目标飞行器。
[0015]第二方面，本申请实施例提供一种不调整轨道面的异面交会变轨系统，其包括：轨道预设模块：用于根据目标飞行器和追踪飞行器预设的初始轨道参数分别设定初始轨道；第一变轨模块：用于预设上述追踪飞行器第一次变轨时刻的迭代初值，根据上述追踪飞行器的上述初始轨道外推至上述第一次变轨时刻；变轨增量模块：用于上述追踪飞行器在变
轨前速度矢量的基础上，叠加变轨速度增量矢量；其中变轨速度增量矢量方向沿变轨前速度矢量方向，且大小为预设的第一次变轨速度增量大小的迭代初值；第二变轨模块：用于将上述追踪飞行器根据施加瞬时速度增量后的轨道外推至变轨后轨道远地点；变轨计算模块：用于根据上述追踪飞行器的远地点时刻的位置和速度，计算上述追踪飞行器到达上述远地点时刻的轨道高度以及法向相对距离。迭代修正模块：用于当上述追踪飞行器的远地点轨道与上述目标飞行器轨道的高度差以及法向相对距离中任一项不为零，则根据偏差计算上述第一次变轨时刻和上述第一次变轨速度增量大小的修正量，用于修正迭代自变量的迭代初值；实时修正模块：用于重复步骤2)～6)，直到上述追踪飞行器的远地点轨本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种不调整轨道面的异面交会变轨方法，其特征在于，包括如下步骤：1)根据目标飞行器和追踪飞行器预设的初始轨道参数分别设定初始轨道；2)预设所述追踪飞行器第一次变轨时刻的迭代初值，根据所述追踪飞行器的所述初始轨道外推至所述第一次变轨时刻；3)所述追踪飞行器在变轨前速度矢量的基础上，叠加变轨速度增量矢量；其中变轨速度增量矢量方向沿变轨前速度矢量方向，且大小为预设的第一次变轨速度增量大小的迭代初值；4)将所述追踪飞行器根据施加瞬时速度增量后的轨道外推至变轨后轨道远地点；5)根据所述追踪飞行器的远地点时刻的位置和速度，计算所述追踪飞行器到达所述远地点时刻的轨道高度以及法向相对距离；6)当所述追踪飞行器的远地点轨道与所述目标飞行器轨道的高度差以及法向相对距离中任一项不为零，则根据偏差计算所述第一次变轨时刻和所述第一次变轨速度增量大小的修正量，用于修正迭代自变量的迭代初值；7)重复步骤2)～6)，直到所述追踪飞行器的远地点轨道与所述目标飞行器轨道的高度差小于预设的第一收敛阈值，且所述追踪飞行器的远地点轨道与所述目标飞行器轨道的所述法向相对距离小于预设的第二收敛阈值；8)调整所述追踪飞行器近地点高度的相位变化，以实现与所述目标飞行器的空间交会。2.如权利要求1所述的一种不调整轨道面的异面交会变轨方法，其特征在于，步骤6)中，修正量的计算方法采用牛顿迭代法求解。3.如权利要求1所述的一种不调整轨道面的异面交会变轨方法，其特征在于，调整所述追踪飞行器近地点高度的相位变化，以实现与所述目标飞行器的空间交会，具体包括如下步骤：8
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1)在所述追踪飞行器远地点施加瞬时速度增量，变轨速度增量矢量方向沿变轨前速度矢量方向，大小为预设的远地点变轨速度增量大小的迭代初值；8
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2)根据预设的空间交会完成时间，估算变轨后最大飞行圈数N，所述追踪飞行器根据施加瞬时速度增量后的轨道进行外推，外推至变轨后第N圈轨道远地点；8
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3)根据所述追踪飞行器第N圈远地点时刻的位置和速度，以及所述目标飞行器的位置和速度，计算远地点沿迹向相对位置；8
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4)如果所述追踪飞行器第N圈远地点时刻沿迹向相对位置不为零，则根据偏差计算所述追踪飞行器的所述远地点变轨速度增量大小的修正量，用于修正迭代自变量的迭代初值。4.如权利要求3所述的一种不调整轨道面的异面交会变轨方法，其特征在于，步骤8
‑
4)中，修正量的计算方法采用牛顿迭代法求解。5....

【专利技术属性】
技术研发人员：刘世勇，黄艳俊，马丽娜，瞿继双，
申请(专利权)人：中电普信北京科技发展有限公司，
类型：发明
国别省市：