[发明专利]一种受天基测控约束的火箭姿态角设计方法

说明书

本发明涉及一种受天基测控约束的火箭姿态角设计方法，包括以下步骤：S1、选取中继卫星，根据中继卫星与火箭的位置关系以及火箭姿态和天基相控阵天线在火箭上的位置关系，求出最优滚转角GAM以及天基相控阵天线指向夹角Jiajiao；S2、比较Jiajiao与天基相控阵天线波束角A0的大小关系：S3、比较出Jiajiao大于A0时，调整滚转角，调整后计算天基测控覆盖范围；S4、当天基测控覆盖范围满足要求时，则滚转角设计完成；当天基测控覆盖范围不满足要求时，则需更换中继卫星重新进行上述步骤S1至步骤S3的滚转角设计过程。本发明可避免使用STK软件调用弹道数据进行测控分析，求出最优滚转角和天基相控阵天线指向夹角，能够有效减少运算量，缩短设计周期，提高工作效率。

技术领域

本发明涉及火箭弹道及天基测控技术领域，具体涉及一种受天基测控约束的火箭姿态角设计方法。

背景技术

天基测控是一种应用中继卫星进行航天器的跟踪及数据传输的技术。火箭飞行过程中，火箭到中继卫星的矢量与天基相控阵天线指向的夹角(简称天基相控阵天线指向夹角)在天基相控阵天线波束角范围内才能保证数据有效传输。但在实际飞行过程中，由于火箭的发射场不同、目标轨道不同、飞行过程中姿态角变化不同，导致对于同一型号的火箭由于其天基相控阵天线位置固定，天基相控阵天线并不能全程指向中继卫星，需要通过调整滚转角(侧滑角在火箭发动机工作期间会影响飞行轨迹，一般不用来优化测控方案)来优化弹道及测控方案。

对于天基相控阵天线与中继卫星的连接情况，一般需要使用STK软件进行分析，通过读入弹道数据并结合火箭与中继卫星的姿态关系人工判断给出相应的滚转角调整方案，保证火箭与中继卫星能保持数据的有效传输。但该方法存在的不足之处是：对于不同的发射任务，由于发射场、目标轨道倾角、飞行姿态角等的不同，测控方案均有变化，需要设计人员结合STK软件进行判断并给出相应的姿态角调整方案，耗时耗力，且设计周期较长。

针对现有的天基测控技术，需要一种火箭姿态角设计方法，能够针对不同的发射任务快速设计出最优的测控方案，以提高火箭测控方案的设计效率。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提出了一种受天基测控约束的火箭姿态角设计方法，能够根据火箭与中继卫星的相对位置并结合弹道自动优化出火箭飞行过程中满足天基测控约束的姿态角，从而满足天基测控去任务化需求。

本发明提供的技术方案具体为：

一种受天基测控约束的火箭姿态角设计方法，包括以下步骤：

S1、选取中继卫星，根据中继卫星与火箭的位置关系，以及火箭姿态和天基相控阵天线在火箭上的位置关系信息，求出最优滚转角GAM以及天基相控阵天线指向夹角Jiajiao(范围：0～180，单位：°)；

S2、比较Jiajiao与天基相控阵天线波束角A0的大小关系：

S3、当步骤S2比较出Jiajiao大于A0时，调整滚转角，调整后计算天基测控覆盖范围；

S4、当天基测控覆盖范围满足要求时，则当前设计的滚转角为受天基测控约束的最优滚转角；当天基测控覆盖范围不满足要求时，则当前选取的中继卫星无法满足测控需求，需更换中继卫星重新进行上述步骤S1至步骤S3的滚转角设计过程。

进一步地，所述步骤S1中：

根据卫星所在轨道经度即可得到中继卫星在发射坐标系内的位置矢量再根据此刻火箭在发射坐标系内的位置矢量将通过坐标转换投影到导航坐标系，分别得到导航坐标系下卫星的位置矢量和火箭的位置矢量

计算得到在导航坐标系内火箭到中继卫星的位置矢量进而将位置矢量通过坐标转换投影到弹体坐标系，得到(RxDT，RyDT，RzDT)。