一种编队卫星快速轨道转移方法和系统与流程

本发明涉及卫星制导、导航与控制，具体地说是编队卫星快速轨道转移的方法和系统。

背景技术：

1、快速轨道转移是指伴飞航天器在人为控制力作用下，从初始轨道上的任意位置进行轨道转移，即在参考航天器的一个轨道周期内任意时刻开始轨道转移。自然情况下，一个伴飞周期等于参考航天器的轨道周期，对于地球同步轨道卫星轨道周期约为24小时，时间较长。对于周期约为24小时的地球同步轨道卫星来说，通过计算每轨漂移量对z轴喷气实现控制轨道的转移，需要的转移时间为n个周期，不能满足快速性需求。

2、目前国内低轨卫星通过计算每轨漂移量对x轴喷气实现控制轨道的转移，该方法通常需要多个周期才能完成轨道的转移，并且破坏了稳定伴飞的条件。

3、编队卫星飞行中，控制卫星在目标星坐标系下指定的距离段形成长期的稳定伴飞，以完成特定的空间任务。卫星编队飞行过程中的轨道转移对人为控制下的快速伴飞编队设计提出了需求。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种编队卫星快速轨道转移方法和系统，实现高轨稳定伴飞卫星轨道的快速转移。

2、为解决上述技术问题，本发明是通过以下的技术方案实现的：一种编队卫星的快速位置转移方法，包括：

3、获得编队卫星进行轨道转移时的初始相对位置、相对速度以及期望的末端位置；

4、根据转移时的初始相对位置和期望的末端相对位置，解算编队卫星进行轨道转移所需要的第一次喷气量和编队卫星在过渡椭圆轨道转移过程所需要的时间；

5、根据期望的编队卫星目标轨迹形态，解算编队卫星在末端位置稳定伴飞所需要的第二次喷气量；

6、编队卫星通过注入的指令得到转移初始位置和末端位置以及目标轨迹形态，当运行到转移的初始位置时，对编队卫星沿编队卫星轨道坐标系z方向施加转移所需的第一次速度脉冲，编队卫星开始进入过渡椭圆轨迹运行；当编队卫星在过渡椭圆上运行到末端位置时，对编队卫星施加沿编队卫星轨道坐标系z方向的第二个控制脉冲，使得编队卫星在末端位置按照预定的相对运动轨迹伴飞。

7、进一步的，所述获得卫星转移的初始相对位置、相对速度以及期望的末端位置，包括：

8、根据星上相对导航设备所提供的测距测角信息，得到卫星之间相对位置、相对速度；根据注入的转移时间指令和相对动力学公式，得到转移时的初始位置和初始速度。

9、进一步的，所述编队卫星进行轨道转移所需要的第一次喷气量：

10、

11、其中：在编队卫星轨道坐标系下，x0为初始转移的x方向目标星相对编队卫星的位置，z0为初始转移的z方向目标星相对编队卫星的相对位置，vx0为初始转移的x方向目标星相对编队卫星的相对速度，vz0为初始转移的z方向目标星相对编队卫星的相对速度，xt为转移到末端时的x方向目标星相对编队卫星的相对位置，ω为编队卫星的轨道角速度。

12、进一步的，所述编队卫星在过渡椭圆轨道转移过程所需要的时间：

13、

14、进一步的，所述编队卫星在末端位置稳定伴飞所需要的第二次喷气量：

15、δv2z＝200ω-(-vzmax)，

16、其中：zt0为编队卫星转移到末端位置时z轴方向位置。

17、一种编队卫星的快速位置转移系统，包括：

18、第一模块，用于获得编队卫星进行轨道转移时的初始相对位置、相对速度以及期望的末端位置；

19、第二模块，用于根据转移时的初始相对位置和期望的末端相对位置，解算编队卫星进行轨道转移所需要的第一次喷气量和编队卫星在过渡椭圆轨道转移过程所需要的时间；

20、第三模块，用于根据期望的编队卫星目标轨迹形态，解算编队卫星在末端位置稳定伴飞所需要的第二次喷气量。

21、本发明与现有技术相比的优点是：

22、(1)本发明的编队卫星快速轨道转移方法目的是要实现指定末端位置的编队卫星轨道的快速转移。本发明给出了以相对位置、相对速度信息构建控制脉冲和转移时间的表达式，建立了以星上相对导航数据控制快速轨道转移的理论依据，基于此设计了过渡椭圆制导律。

23、(2)本发明基于星上相对测距测角设备信息，解决通过每轨漂移量控制轨道转移的方法耗时长以及改变了稳定伴飞条件的技术难点，实现高轨稳定伴飞卫星轨道的快速转移的目的。

24、(3)本发明实现了指定末端位置的卫星快速轨道转移，减小了因轨道转移对时间的浪费，该方法仅对z轴方向施加控制脉冲，并未改变x轴方向的速度，因此未改变伴飞轨迹的稳定关系，实施z轴控制后相对运动关系仍然是稳定的。由于过渡椭圆为封闭曲线，即使转移过程中出现故障也不会和目标相撞，因此该方法具有转移时间快，安全性高的特点。

技术特征：

1.一种编队卫星的快速位置转移方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的编队卫星快速轨道转移方法，其特征在于：所述获得卫星转移的初始相对位置、相对速度以及期望的末端位置，包括：

3.根据权利要求2所述的编队卫星快速轨道转移方法，其特征在于：所述编队卫星进行轨道转移所需要的第一次喷气量：

4.根据权利要求3所述的编队卫星快速轨道转移方法，其特征在于：所述编队卫星在过渡椭圆轨道转移过程所需要的时间：

5.根据权利要求4所述的编队卫星快速轨道转移方法，其特征在于：所述编队卫星在末端位置稳定伴飞所需要的第二次喷气量：

6.一种编队卫星的快速位置转移系统，其特征在于，包括：

7.根据权利要求6所述的一种编队卫星的快速位置转移系统，其特征在于：所述获得卫星转移的初始相对位置、相对速度以及期望的末端位置，包括：

8.根据权利要求7所述的一种编队卫星的快速位置转移系统，其特征在于：所述编队卫星进行轨道转移所需要的第一次喷气量：

9.根据权利要求8所述的一种编队卫星的快速位置转移系统，其特征在于：所述编队卫星在过渡椭圆轨道转移过程所需要的时间：

10.根据权利要求9所述的一种编队卫星的快速位置转移系统，其特征在于：所述编队卫星在末端位置稳定伴飞所需要的第二次喷气量：

技术总结
本发明公开了一种编队卫星的快速位置转移算法，编队卫星需要根据不同的空间任务调整相对的距离范围。本发明以星上相对导航测量设备为数据来源，设计了过渡椭圆制导律，转移时间约为半个轨道周期，不改变伴飞轨迹稳定关系的条件下实现卫星轨道的快速转移。本发明的方法具有转移时间快，安全性高的特点。

技术研发人员：黄京梅,王静吉,刘铭阳,陈敏花,陈啸
受保护的技术使用者：上海航天控制技术研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/5/27