【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及航天器地面模拟试验，尤其是涉及一种三星大尺度编队地面模拟位置映射方法。
技术介绍
1、由于航天系统具有高成本、高风险等特点，而且在轨运行后难以进行后续维护，因此有必要开展大量有效的航天系统地面半物理仿真试验。此类地面试验可在设计方案优选、性能指标确定、关键技术方案验证、航天器的关键载荷和性能测试等方面发挥重要作用。特别地，一类用于空间引力波探测的三星大尺度编队，对星间的姿态指向控制精度、激光干涉测量精度、残余加速度噪声等都提出了前所未有的超高精度要求。因此，在模拟编队卫星在轨运行的地面半物理仿真试验中，除了使用零重力卫星模拟器模拟空间中的卫星姿态，同时需要对卫星间的相对位置变化进行高保真映射模拟，为后续其它技术的地面试验验证打下基础。
2、现有的卫星编队地面模拟位姿映射方法大多基于近距离编队的相对动力学方程c-w方程，该方程对空间中卫星编队的相对运动做了合理的线性化近似处理，但对于中高轨的大尺度编队或星座并不适用，因此有必要对大尺度编队的地面模拟位置映射方法开展研究。
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种三星大尺度编队地面模拟位置映射方法，在三星平面内对三星位置进行描述，为地面水平面无重力模拟提供了便利，同时对三星位置进行缩放，将编队运动高本真映射于地面卫星模拟器的运动轨迹，满足了航天器地面模拟试验的天地一致性要求。
2、为实现上述目的，本专利技术提供了一种三星大尺度编队地面模拟位置映射方法，包括以下步骤：
3、s1、确定j
4、s2、根据投影关系，建立地心惯性坐标系oxyz下三星位置坐标到三星平面坐标系o′x′y′下三星的位置坐标映射；
5、s3、确定空间缩放比，建立三星平面坐标系o′x′y′下三星位置坐标到地面坐标系o″x″y″下三星模拟器位置坐标映射。
6、优选的，步骤s1中，所述确定j2000.0地心惯性坐标系oxyz、三星平面坐标系o′x′y′和地面坐标系o″x″y″具体包括以下步骤：
7、s11、j2000.0地心惯性坐标系oxyz坐标原点为地球质心o，x轴指向j2000时刻的春分点，z轴垂直于赤道面指向北天极，y轴在地球赤道面内与x轴和z轴成右手系；
8、oxyz坐标系下三颗卫星s1、s2、s3的位置坐标r1、r2、r3由实际卫星轨道数据或者仿真计算给定；
9、s12、三星平面坐标系o′x′y′坐标原点o′为地心o在三星平面上的垂直投影，x′轴方向为地心惯性坐标系x轴在三星平面上的垂直投影，y′轴与x′轴互相垂直成右手系；
10、若三星在地心惯性坐标系位置坐标为r1、r2、r3，则三星平面坐标系o′x′y′的坐标原点o′、x′轴和y′轴在地心惯性坐标系中的方向向量计算公式如下：
11、三星平面的单位法向量为：
12、
13、三星位置矢量在三星平面上的投影向量为：
14、
15、三星平面坐标系o′x′y′的坐标原点o′在oxyz中坐标为：
16、o′＝r1-p1 (3)
17、地心惯性坐标系x轴方向向量为在三星平面上的垂直投影向量为：
18、
19、三星平面坐标系o′x′y′的x′在oxyz中为：
20、
21、三星平面坐标系o′x′y′的y′在oxyz中为：
22、
23、s13、地面坐标系o″x″y″由编队模拟系统中视觉相机系统建立：通过视觉相机系统建立三维视场，假定三星模拟器m1、m2、m3初始位置以及运动轨迹处于同一水平面，坐标系原点o″设定为三星模拟器初始位置外接圆圆心，外接圆半径为l，x″o″y″平面设定为三星模拟器运动平面。
24、优选的，步骤s2中，所述地心惯性坐标系到三星平面坐标系下三星位置坐标映射公式为：
25、
26、优选的，步骤s3中，以卫星s1在三星平面坐标系o′x′y′中的位置到坐标原点o′的距离和模拟器m1在地面坐标系o″x″y″中的位置到坐标原点o″的距离之比为映射基准，空间缩放比k为：
27、
28、因此三星和三模拟器之间的位置映射关系为：
29、
30、其中，θ为卫星s1位置矢量和三星平面坐标系x′轴夹角与模拟器m1位置矢量和地面坐标系x″轴夹角之差。
31、因此，本专利技术采用上述一种三星大尺度编队地面模拟位置映射方法，有益效果如下：
32、(1)本专利技术实现了空间中三星大尺度编队的三维轨迹与三星平面内运动轨迹之间的转换。对三星编队的三维运动轨迹进行三星平面投影处理，以应用于地面半物理仿真试验中零重力气浮模拟器编队的平面运动；
33、(2)本专利技术方法在地面模拟位置映射方法的理论计算过程中未对编队的卫星原始轨道数据做近似处理，保证了映射精度要求，为后续其它技术的地面试验验证打下基础；
34、(3)本专利技术实现了空间中三星编队的三维轨迹与地面上零重力模拟器编队的平面运动之间的高保真映射，满足了航天器地面模拟试验的天地一致性要求。
35、下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。
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1.一种三星大尺度编队地面模拟位置映射方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种三星大尺度编队地面模拟位置映射方法，其特征在于：步骤S1中，所述确定J2000.0地心惯性坐标系OXYZ、三星平面坐标系O′X′Y′和地面坐标系O″X″Y″具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种三星大尺度编队地面模拟位置映射方法，其特征在于，步骤S2中，所述地心惯性坐标系到三星平面坐标系下三星位置坐标映射公式为：
4.根据权利要求3所述的一种三星大尺度编队地面模拟位置映射方法，其特征在于，步骤S3中，以卫星S1在三星平面坐标系O′X′Y′中的位置到坐标原点O′的距离和模拟器M1在地面坐标系O″X″Y″中的位置到坐标原点O″的距离之比为映射基准，空间缩放比k为：
【技术特征摘要】
1.一种三星大尺度编队地面模拟位置映射方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种三星大尺度编队地面模拟位置映射方法，其特征在于：步骤s1中，所述确定j2000.0地心惯性坐标系oxyz、三星平面坐标系o′x′y′和地面坐标系o″x″y″具体包括以下步骤：
3.根据权利要求2所述的一种三星大尺度编队地面模拟位置映...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨列，范子琛，霍明英，金如浩，齐乃明，
申请(专利权)人：哈尔滨工业大学，
类型：发明
国别省市：
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