[发明专利]一种考虑时序优化的引力波探测编队多脉冲并行构建方法

说明书

本发明涉及航空航天技术领域，具体为一种考虑时序优化的引力波探测编队多脉冲并行构建方法，组成编队的各航天器从虚拟中心处同时出发，通过施加多次脉冲使得各航天器运动到预设的指定位置，从而形成一种可用于进行空间引力波探测的航天器编队，通过给出计算各航天器初始位置与速度与施加初始化控制到达初始位置与速度的步骤，计算出编队构建过程中各时刻下各航天器的状态量，从而为实际工程应用中的卫星编队任务的设计提供参考，并通过微分校正进行修正，提高了多脉冲并行空间引力波探测编队所建立线性化相对运动动力学模型时的准确性，降低了相对运动动力学模型时存在误差，可有效到达预先设置的初始状态，提高了编队构件的工作效率。

技术领域

本发明涉及航空航天技术领域，具体为一种考虑时序优化的引力波探测编队多脉冲并行构建方法。

背景技术

航天器编队正在天文学、物理学等各类研究中广泛提及，其相关技术的研究与应用正广泛地开展。近年来随着LIGO宣布首次探测到引力波，世界各大研究机构对引力波的研究愈发火热，而应用航天器编队的天基引力波探测技术恰能弥补地基引力波探测装置的不足，探测到更加低频率的引力波，故而引力波探测编队相关技术的研究显得越来越重要。目前对于空间引力波探测编队构建方式的研究比较缺乏，组成编队的航天器究竟该以何种顺序完成编队构建，如何构建编队能节省燃料，这都是迫切需要研究的问题。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种考虑时序优化的引力波探测编队多脉冲并行构建方法，以解决现有技术中多脉冲并行空间引力波探测编队所建立线性化相对运动动力学模型时存在误差，无法到达预先设置的初始状态，导致编队构件失败的技术问题。

本发明是通过以下技术方案来实现：

一种考虑时序优化的引力波探测编队多脉冲并行构建方法，包括如下步骤：

步骤1，输入多脉冲并行的空间引力波探测编队参数；

步骤2，根据航天器参数计算得到编队中多脉冲并行构建的终端状态约束；

步骤3，根据终端状态约束结合空间圆编队条件得到多脉冲的目标状态，构建适用于空间引力波探测编队初始化的多脉冲控制数学模型；

步骤4，在多脉冲控制数学模型中采用优化算法计算编队构建多脉冲控制中各脉冲最优施加时刻以及各次脉冲下的速度增量；

步骤5，根据编队构建多脉冲控制中各脉冲最优施加时刻以及各速度增量分别计算出编队构建过程中各时刻下各航天器的状态量，并通过微分校正对误线性化误差进行修正。

优选的，步骤1中，所述空间引力波探测编队参数包括根据任务需求确定的编队所在轨道和参数以及编队中航天器参数，其中编队所在轨道和参数包括半长轴、偏心率、轨道倾角、升交点赤经、近日点幅角和真近点角；编队中航天器参数包括航天器的绕飞半径r、脉冲次数N。

优选的，步骤2中，所述根据航天器参数结合Clohessy-Wiltshire方程计算得到编队中多脉冲并行构建的终端状态约束的具体过程如下：

步骤21，根据航天器参数推导基于Clohessy-Wiltshire方程的航天器圆构形初始条件，其初始条件公式如下：

其中，d表示航天器绕飞半径，α表示该航天器的相位角；

步骤22，根据航天器圆构形初始条件计算得到编队中多脉冲并行构建的终端状态约束；

其中，t_f表示并行构建完成时刻。

优选的，步骤3中，构建适用于空间引力波探测编队初始化的多脉冲控制数学模型的具体方法如下：