一种多轨道卫星部署空间转移飞行器在线轨迹规划方法与流程

本发明属于飞行器轨迹规划，尤其涉及一种多轨道卫星部署空间转移飞行器在线轨迹规划方法。

背景技术：

1、空间转移飞行器具有多次启动、长期在轨、自主飞行、轨道机动能力强等特点，具备较强的灵活性和通用性，可以适应多种不同的任务情况。

2、对于空间转移飞行器来说，目前只能按照预先装订好的目标执行飞行任务，当遇到基础级入轨大偏差或需要临时改变目标轨道等特殊情况时，仅靠起飞前装订的飞行程序难以保证任务成功执行。并且空间转移飞行器参与多星发射和长期在轨的能力使其具有非常广泛的应用前景，例如搭载备份卫星，在需要时快速转移至目标轨道完成卫星部署。这类任务由于在起飞前目标轨道未知，无法在发射前进行目标值的装订。

3、基于以上需求，有必要提出一种多轨道卫星部署空间转移飞行器在线轨迹规划方法，使空间转移飞行器具备在线自主轨迹规划能力，充分发挥其灵活性强的特点。

技术实现思路

1、本发明的技术解决问题：克服现有技术的不足，提供一种多轨道卫星部署空间转移飞行器在线轨迹规划方法，旨在使空间转移飞行器具备在线自主轨迹规划能力，充分发挥其灵活性强的特点。

2、为了解决上述技术问题，本发明公开了一种多轨道卫星部署空间转移飞行器在线轨迹规划方法，包括：

3、接收地面上注的卫星部署任务；

4、判断当前剩余燃料是否满足卫星部署任务需求；

5、若确定当前剩余燃料满足卫星部署任务需求，则根据当前平均轨道根数与目标平均轨道根数，判断任务类型；其中，任务类型，包括：高度调整、倾角调整和组合调整；

6、根据确定的不同任务类型，计算点火时长和点火段纬度幅角，生成点火序列；

7、根据生成的点火序列，进行卫星部署规划；

8、将卫星部署规划结果下传至地面，若地面允许执行，则按照卫星部署规划结果执行任务。

9、在上述多轨道卫星部署空间转移飞行器在线轨迹规划方法中，判断当前剩余燃料是否满足卫星部署任务需求，包括：

10、计算得到倾角调整需要速度δvi：

11、

12、其中，μ表示万有引力常数，表示目标轨道平均半长轴，eobj表示目标轨道瞬时偏心率，δi表示当前轨道与目标轨道的倾角偏差；

13、计算得到半长轴调整需要速度δva：

14、

15、

16、

17、其中，表示目标轨道平均偏心率，rp表示转移轨道近地点半径，e2表示转移轨道平均偏心率，表示转移轨道平均半长轴，ap表示当前轨道平均半长轴，ep表示当前轨道平均偏心率；

18、确定总速度增量δv：δv＝[δvi δva]t；

19、根据总速度增量δv，计算得到需要燃料mzy：

20、

21、其中，m0表示当前飞行器质量，ve表示发动机喷气速度；

22、根据mzy，判断当前剩余燃料是否满足卫星部署任务需求；其中，若mzy小于当前剩余燃料，则确定当前剩余燃料满足卫星部署任务需求；否则，不满足。

23、在上述多轨道卫星部署空间转移飞行器在线轨迹规划方法中，根据当前平均轨道根数与目标平均轨道根数，判断任务类型，包括：

24、若则确定任务类型为高度调整；

25、若则确定任务类型为倾角调整；

26、若且则确定任务类型为组合调整；

27、其中，表示目标轨道平均轨道倾角，ip表示当前轨道平均轨道倾角，alimit表示高度调整的判别门限，ilimit表示倾角调整的判别门限。

28、在上述多轨道卫星部署空间转移飞行器在线轨迹规划方法中，根据确定的不同任务类型，计算点火时长和点火段纬度幅角，生成点火序列，包括：

29、若任务类型为高度调整，则有：

30、

31、

32、

33、

34、其中，表示发动机秒耗量，t1表示第一次点火时间时长，δva表示第一次点火时高度调整所需速度增量，t2表示第二次点火时间时长，δvc表示第二次点火时高度调整所需速度增量，表示第一次点火起始时刻纬度幅角，ustart表示执行时刻平均纬度幅角，表示第二次点火起始时刻纬度幅角，n0表示当前轨道角速度，nt表示转移轨道角速度；

35、若任务类型为倾角调整，则有：

36、

37、

38、若任务类型为组合调整，则有：

39、

40、

41、

42、

43、在上述多轨道卫星部署空间转移飞行器在线轨迹规划方法中，还包括：以当前时刻t0的平均轨道根数[ap ep ipωpωp u0]作为起始轨道根数，进行一次轨道递推，得到任务执行时刻tstart的平均轨道根数[astart estart istartωstartωstart ustart]；其中，ωp表示当前轨道平均升交点赤经，ωp表示当前轨道平均近地点幅角，u0表示当前轨道平均纬度幅角；astart表示执行时刻平均半长轴、estart表示执行时刻平均偏心率、istart表示执行时刻平均轨道倾角、ωstart表示执行时刻平均升交点赤经、ωstart表示执行时刻平均近地点幅角。

44、在上述多轨道卫星部署空间转移飞行器在线轨迹规划方法中，根据生成的点火序列，进行卫星部署规划，包括：

45、根据生成的点火序列，计算得到测控弧段搜索起始时刻和测控弧段搜索起始纬度幅角，进行测控弧段搜索；其中，测控弧段搜索起始时刻即完成轨道转移的时刻；

46、根据地面站测控条件确定卫星部署的纬度幅角，使卫星部署过程处于地面站测控范围内。

47、在上述多轨道卫星部署空间转移飞行器在线轨迹规划方法中，测控弧段搜索起始时刻和测控弧段搜索起始纬度幅角的计算过程如下：

48、若任务类型为高度调整，则有：

49、

50、

51、

52、

53、其中，表示第一次点火结束时偏近点角，etr表示转移轨道偏心率，表示第一次点火结束时纬度幅角，表示第二次点火结束时纬度幅角，ωt表示转移轨道近地点幅角，表示第二次点火起始时偏近点角，tstart表示任务执行时刻，tscan表示测控弧段搜索起始时刻，uscan表示测控弧段搜索起始纬度幅角；

54、若任务类型为倾角调整，则有：

55、

56、

57、

58、

59、其中，表示第一次点火起始时刻偏近点角，estart表示任务执行时刻偏近点角；

60、若任务类型为组合调整，则有：

61、

62、

63、

64、

65、在上述多轨道卫星部署空间转移飞行器在线轨迹规划方法中，根据地面站测控条件决定卫星部署的纬度幅角，使卫星部署过程处于地面站测控范围内，包括：

66、以tscan时刻的平均轨道根数作为起始轨道根数，以δt为步长，进行连续轨道递推，得到每一步的时间tn和轨道根数[an en in ωn ωn un]，转换至位置点坐标为[x84(n) y84(n) z84(n)]；其中，表示目标平均轨道倾角，表示目标平均升交点赤经，表示目标平均近地点幅角，an表示第n个递推点平均半长轴，en表示第n个递推点平均偏心率，in表示第n个递推点平均轨道倾角，ωn表示第n个递推点平均升交点赤经，ωn表示第n个递推点平均近地点幅角，un表示第n个递推点平均纬度幅角；

67、记第i个地面站的位置点为[xd(i) yd(i) zd(i)]t，第i个地面站的椭球铅垂向量为fi，第i个地面站的与飞行器连线矢量为ni，则：

68、

69、根据fi和ni，确定θi：

70、θi＝arccos(ni·fi)

71、其中，θi表示第i个地面站的与飞行器连线矢量与地面站椭球铅垂向量的夹角，θi∈[0,π]；

72、若θi-θom＜0，则flagdi＝0，确定该位置点为测控终点，记录该位置点纬度幅角若θi-θom≥0，则flagdi＝1，确定该位置点为测控起点，记录该位置点纬度幅角其中，θom表示地面站观测锥角，flagdi表示测控可观测标志。

73、在上述多轨道卫星部署空间转移飞行器在线轨迹规划方法中，卫星部署规划结果，包括：任务类型、任务可行性、估计燃料消耗mzy、执行时刻纬度幅角ustart、第一次点火时长t1、第二次点火时长t2、第一次点火起点第二次点火起点测控弧段起点和测控弧段终点。

74、在上述多轨道卫星部署空间转移飞行器在线轨迹规划方法中，若确定当前剩余燃料不满足卫星部署任务需求，则向地面下传“目标任务可行性”为不可行，并结束自主规划流程。

75、本发明具有以下优点：

76、(1)本发明公开了一种多轨道卫星部署空间转移飞行器在线轨迹规划方法，可以适应高度调整、倾角调整、组合调整三类不同目标轨道的任务类型，应用范围广。

77、(2)本发明公开了一种多轨道卫星部署空间转移飞行器在线轨迹规划方法，规划算法计算量小，可满足器上在线计算要求。

78、(3)本发明公开了一种多轨道卫星部署空间转移飞行器在线轨迹规划方法，根据地面站测控条件决定卫星部署的纬度幅角，可使卫星部署过程处于地面站测控范围内。