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原文传递一种高精度双星编队对地观测轨道控制方法

专利名称：	一种高精度双星编队对地观测轨道控制方法
摘要：	本发明公开一种高精度双星编队对地观测轨道控制方法。该发明提供了一种双星工作时进行高精度悬停保持控制、非工作时采用自然椭圆绕飞控制的双模式组合控制方法。在高精度悬停保持控制中，设计前馈和反馈复合的实时闭环轨道控制器，保证主动星悬停在目标星上方，实现高精度对地观测任务。当自然椭圆绕飞时，设计实时闭环轨道控制器，保证主动星能粗精度跟踪所设计的自然椭圆绕飞轨迹，减少主动星的燃料消耗。通过上述方案，工作时可实现对地面特定区域的高精度观测，非工作时所需的燃料消耗少。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	上海航天控制技术研究所
发明人：	刘付成;孙俊;武海雷;朱文山;韩飞;宋婷
专利状态：	有效
申请日期：	2018-12-11T00:00:00+0800
发布日期：	2019-04-26T00:00:00+0800
申请号：	CN201811514152.8
公开号：	CN109677636A
代理机构：	上海航天局专利中心
代理人：	圣冬冬
分类号：	B64G1/24(2006.01);B;B64;B64G;B64G1
申请人地址：	201109 上海市闵行区中春路1555号
主权项：	1.一种高精度双星编队对地观测轨道控制方法，其特征是：包括如下步骤：自然椭圆绕飞控制到悬停保持控制的切换条件为第i次对地观测任务开始时间与当前时间之差小于一个自然椭圆绕飞周期T，与目标星的轨道周期相同，且目标星轨道系下主动星相对于目标星的相对位置ro＝[0 0 -b]T，b为常值；悬停保持控制到自然椭圆绕飞控制的切换条件为第i次对地观测任务结束；建立主动星相对于悬停点的相对误差方程，设计前馈加反馈的复合控制器，保证主动星悬停于目标星正上方；设计主动星相对于目标星的自然椭圆绕飞轨道，设计粗精度绕飞轨道控制器，保证主动星沿着设计的自然椭圆绕飞轨道运行。 2.根据权利要求1所述的一种高精度双星编队对地观测轨道控制方法，其特征是：所述的主动星相对于悬停点在目标星轨道系下的相对误差方程为 e1＝ro-rd，式中rd和vd分别表示悬停点相对于目标星在目标星轨道系下的相对位置和相对速度，rd＝[0 0 -b]T，vd＝[0 0 0]T，b为常值，与自然绕飞椭圆的短半轴相等；ro和vo分别表示主动星相对于目标星在目标星轨道系下的相对位置和相对速度，其中 ro＝Coiri，式中Coi表示地心惯性系到目标星轨道系的转换矩阵；ri和vi分别表示地心惯性系下主动星相对于目标星的相对位置和相对速度，ri＝rc-rt，vi＝vc-vt，其中rc和vc分别表示主动星在地心惯性系下的绝对位置和绝对速度，rt和vt分别表示目标星在地心惯性系下的绝对位置和绝对速度；表示目标星轨道系相对于地心惯性系在目标星轨道系下的角速度，其表达式为式中a、e和θ分别表示目标星的轨道半长轴、轨道偏心率和真近点角；μ表示地球引力常数，μ＝3.986005×1014m3/s2，。 3.根据权利要求1所述的一种高精度双星编队对地观测轨道控制方法，其特征是：所述的前馈加反馈的复合控制器的加速度为 uc1＝Cbo(u0+uG1+ug+u1) 式中式中Cbo表示主动星本体系相对于目标星轨道系的转化矩阵，u0表示前馈控制加速度，x、y和z分别表示轨道保持控制中目标星轨道系下的三轴期望相对位置；rc和rt分别表示rc和rt的标量值；K1为状态反馈增益矩阵，K1＝LQR(Q1,R1)，其中LQR是matlab的系统函数，Q1和R1分别表示6×6和3×3的常值矩阵。 4.根据权利要求1所述的一种高精度双星编队对地观测轨道控制方法，其特征是：所述的设计的主动星相对于目标星的自然椭圆绕飞轨道的方程为式中表示自然绕飞的初始相位，n表示目标星的轨道角速度，b为常值，xc表示自然绕飞轨道的相对位置；则主动星相对于目标星的相对位置与自然绕飞相对位置的偏差e2为 e2＝ro-rexp 且主动星相对于目标星的相对速度与自然绕飞相对速度的偏差为。 5.根据权利要求1所述的一种高精度双星编队对地观测轨道控制方法，其特征是：所述的自然绕飞实时闭环控制器为 uc2＝Cbo(uG2+ug+u2) 式中式中K2为状态反馈增益矩阵，K2＝LQR(Q2,R2)，LQR是matlab的系统函数，Q2和R2分别表示6×6和3×3的常值矩阵； Coi表示地心惯性系到目标星轨道系的转换矩阵；μ表示地球引力常数； rc表示主动星在地心惯性系下的绝对位置，rt和表示目标星在地心惯性系下的绝对位置，rc和rt分别表示rc和rt的标量值。
所属类别：	发明专利