[发明专利]一种提高有效载荷观测效率的卫星编队构形保持控制方法

说明书

本发明公开了一种提高有效载荷观测效率的卫星编队构形保持控制方法，其包括如下步骤：据工程实际建立具体约束条件；通过相对导航信息获取编队参数调整量(Δa，Δe，Δu)，计算编队保持控制量；根据工程约束条件确定γ可行的取值范围；根据评价方程优化γ，然后计算编队控制量，对编队构形进行保持控制，实现燃料消耗优化。本发明能在近圆非赤道轨道条件下的编队卫星构形保持控制，同时满足实际有效载荷的观测需求。

技术领域

本发明涉及卫星相对导航技术，具体涉及一种提高有效载荷观测效率的卫星编队构形保持控制方法。

背景技术

全球测绘由于具有广泛的应用前景，目前已经成为地球观测卫星的重要任务需求。而编队卫星在可靠性、灵活性以及经济性具有一定优势，使其成为地球观测卫星的重要工作状态。由于轨道摄动对编队构形的发散影响，卫星编队需要通过构形保持控制保证卫星全寿命期间的任务顺利开展。一方面，对于近地近圆轨道的编队卫星而言，编队构形的发散主要表现在相对偏心率矢量的变化，因此编队控制时刻对应的纬度幅角由相对偏心率矢量决定；另一方面，有效载荷的观测范围也是确定的，这就存在编队控制时刻刚好与有效载荷的工作时间相重叠。目前的解决方案是编队控制与有效载荷在不同圈次工作，即编队控制时有效载荷不工作。

卫星编队构形控制方法按照相对动力学模型的不同，可以分为基于C-W方程控制方法以及基于轨道根数的控制方法。这些方法存在共性的问题就是往往仅仅从控制系统自身角度出发，给出较为理论化或约束条件不充分的控制方法，未能考虑有效载荷成像需求等实际工程实现约束。

发明内容

针对上述问题，本发明提供了一种提高有效载荷测绘效率的卫星编队构形保持控制方法，能在近圆非赤道轨道条件下的编队卫星构形保持控制，同时满足实际有效载荷的观测需求。

本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种提高有效载荷观测效率的卫星编队构形保持控制方法，包括如下步骤：

步骤一、根据工程实际建立具体约束条件；

步骤二、根据相对导航信息获取编队参数调整量(Δa，Δe，Δu)，代入下式计算编队保持控制量：

此时的控制量为γ的函数；

其中，第一次喷气是在纬度幅角为时刻，喷气量将产生的切向速度增量是ΔV₁；第二次喷气是在纬度幅角为时刻，喷气量将产生的切向速度增量是ΔV₂；第三次喷气是在纬度幅角为时刻，喷气量将产生的切向速度增量是ΔV₃；第四次喷气是在纬度幅角为时刻，喷气量将产生的切向速度增量是ΔV₄。可以看出γ就是相对于u₀(arctan(δΔe_Y/δΔe_X))偏置的角度，从而保证编队控制的纬度幅角不会在有效载荷的观测范围。同时考虑触发时间与起控时间存在时间差的影响，记触发时间对应的纬度幅角为u₀，起控时间对应的纬度幅角为u₁，则

du＝-1.5(u₁-u₀)Δa

步骤三、根据步骤1所得的工程约束条件确定γ可行的取值范围；

考虑极端情况，成像区域为[u₀，u₀+β°]，则根据前述约束条件得到γ必须满足如下条件才能保证4次脉冲控制均不在有效载荷观测范围

γ≥γ₁°，其中，(90>γ₁>0)

步骤四、得到最优γ(即γ＝γ₁°)，代入以下优化方程，实现燃料消耗优化；