[发明专利]一种航天器掠飞观测的在轨优化方法

说明书

一种航天器掠飞观测的在轨优化方法，本发明涉及航天器掠飞观测的在轨优化方法。本发明的目的是为了解决具有多个角度约束的掠飞观测模型较为复杂、约束难以同时满足，同时观测点位选取具有不确定性的问题。过程为：1：成像部位角度约束；2：太阳光约束；3：姿态角速度约束；4：观测距离约束；5：安全距离约束；6：选用优化变量，优化指标，将1的成像部位角度约束，2的太阳光约束，3的姿态角速度约束，4的观测距离约束，5的安全距离约束作为该优化过程中的非线性约束，通过SQP算法求解该优化问题，得到优化指标，即速度增量取最小值时对应的各个优化变量的具体取值。本发明用于航天器掠飞观测的在轨优化领域。

技术领域

本发明涉及航天器掠飞观测的在轨优化方法。

背景技术

地球静止轨道(Geostationary Earth Orbit，GEO)分布着通信、数据中继、预警等重要战略卫星资源，了解和掌握GEO卫星分布与运行状态具有重要的意义与价值。近年来，随着空间目标数量日益增多和空间安全技术的迅速发展，对空间目标的感知能力需求日益增强，GEO轨道态势感知能力的重要性更为突出。

受观测距离和地面测站分布的限制，现有地基空间监视系统很难实现对GEO卫星的全域、精细观测。为此，通过利用观测航天器近距离接近GEO卫星，实现对卫星的接近观测就成为空间态势感知技术发展的一个重要方向。

发明内容

本发明的目的是为了解决具有多个角度约束的掠飞观测模型较为复杂、约束难以同时满足，同时观测点位选取具有不确定性的问题，而提出一种航天器掠飞观测的在轨优化方法。

一种航天器掠飞观测的在轨优化方法具体过程为：

步骤1：成像部位角度约束；

步骤2：太阳光约束；

步骤3：姿态角速度约束；

步骤4：观测距离约束；

步骤5：安全距离约束；

步骤6：选用优化变量，优化指标，将步骤1的成像部位角度约束，步骤2的太阳光约束，步骤3的姿态角速度约束，步骤4的观测距离约束，步骤5的安全距离约束作为该优化过程中的非线性约束，通过SQP算法求解该优化问题，得到优化指标，即速度增量取最小值时对应的各个优化变量的具体取值。

本发明的有益效果为：

1)针对具有两个及两个以上角度约束的掠飞观测模型，通过对观测点位的合理设计，使任务时段能够同时满足多个角度约束。

2)针对掠飞过程中观测卫星与目标的距离约束，通过模型简化方式处理为开机点观测卫星应满足的速度要求，简化后续优化过程，提升计算效率。

附图说明

图1为掠飞观测示意图，A星为观测卫星，B星为目标卫星，GEO为地球静止轨道；

图2为具有两个典型角度约束的优化问题示意图，x_e、y_e、z_e表示地球惯性系，可以理解为J2000坐标系；x、y、z表示目标星成像坐标系，原点位于目标星B的质心处，z轴指向任务要求成像部位方向(表示对特定部位成像的任务需求)，y轴指向目标星B轨道运行方向，x轴与y轴、z轴构成右手系；x′、y′、z′表示任一空间点在该成像坐标系下的三轴坐标；

图3为简化模型示意图；V_A为观测卫星相机开机时刻与目标的相对速度，V_A-r为V_A矢量分解后相对目标的径向速度,V_A-t为V_A矢量分解后相对目标的切向速度；

图4为安全距离约束简化模型图，Distance_AB_min为保证观测卫星与目标避免碰撞所需的最小距离；