[发明专利]一种存在测量误差下的航天器雨滴形状悬停构型控制方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种应用于航天器的悬停构型控制方法，更特别地说，是指存在测量误差情况下的航天器雨滴形状悬停构型控制方法，属于航天器在轨服务技术领域。

背景技术

航天器在轨服务技术在我国航天领域属于一个新的研究方向。航天器在轨服务(On－Orbit Servicing，OOS)是指在空间通过人、机器人或两者协同完成涉及延长各种航天器寿命、提升执行任务能力的一类空间操作。根据在轨服务的定义，从内容上来说，航天器在轨服务主要包括在轨装配、在轨维护和后勤支持三类任务。参见陈小前等著，中国宇航出版社于2009年1月第1版出版的《航天器在轨服务技术》第3页内容。

近年来开展的在轨服务试验计划已经演示或验证了航天器的服务任务，如逼近绕飞、自主交会对接、在轨检查与维护、在轨维修与营救、模块更换、在轨加注、有效载荷补给、轨道清理、非合作目标操作等，说明航天器在轨服务的发展有较充分的技术支撑和广阔的应用空间。不同的服务任务需要不同的服务操作技术来执行。对于同一操作技术，在不同的任务环境和条件下也有不同的要求。因此，在轨服务操作技术应紧密结合具体的服务任务需求进行研究。执行上述在轨服务任务时，最终接近段是决定在轨服务任务能否顺利实施的关键阶段，这一阶段经常会使用“悬停”技术，使任务航天器在悬停点长期稳定地运行，等到时机条件成熟时再进行下一阶段工作。“悬停”增强了在轨服务任务执行的安全可靠性。因此，任务航天器(Chasing Satellite，CS)对目标航天器(Reference Satellite，RS)的悬停飞行成为这一阶段的关键技术。

所谓悬停是指在一段时间内，在指定坐标系中，任务航天器CS相对目标航天器RS仿佛是静止于某个固定点上。此时，任务航天器CS相对于目标航天器RS的构型称为悬停构型。

2014年11月在《航空学报》上发表的“航天器悬停构型设计与控制方法”，作者：饶殷睿等。该文中公开了基于相对轨道要素的雨滴形状悬停构型的设计与控制方法，并给出了任务航天器在不同悬停轨道间转移的实现过程。

2011年10月25日在《航空学报》上发表的“基于相对轨道要素的椭圆轨道卫星相对运动研究”，作者：韩潮，殷建丰。在该文中介绍了相对轨道要素的定义。

目前，针对航天器在轨服务任务中涉及到的悬停技术的研究，主要是对悬停构型进行设计及初始化，但并没有考虑到任务航天器CS通过测量设备得到的相对于目标航天器RS的测量数据存在误差的情况。测量误差是指任务航天器CS与目标航天器RS之间的相对距离测量误差和角度测量误差。由于距离测量误差和角度测量误差的存在，会造成实际的悬停位置与设计的悬停位置出现偏差，不能满足悬停任务要求。

发明内容

本发明提出了一种存在测量误差下的航天器雨滴形状悬停构型控制方法，该方法是为了解决在轨服务(OOS)的最终接近段所涉及到的悬停任务中，任务航天器(CS)与目标航天器(RS)在雨滴形状悬停构型条件下，由于测量误差导致的任务航天器相对于目标航天器的测量轨迹与理论轨迹之间的偏差。本发明依据悬停构型脉冲闭环控制策略来修正测量误差造成的位置偏差影响，以满足悬停任务需求，其方法更加符合实际工程应用。

本发明提出了一种存在测量误差下的航天器雨滴形状悬停构型控制方法，其特征在于包括有下列步骤：

步骤一：设置雨滴形状悬停构型的初始参数；

雨滴形状悬停构型涉及到的参数采用集合形式表达为HFP＝{a,e,i,Ω,ω,M,x_hover,y_hover,z_hover,ΔT}，其中，a表示半长轴；e表示偏心率；i表示轨道倾角；Ω表示升交点赤经；ω表示近地点幅角；M表示平近点角；x_hover表示迹向距离；y_hover表示法向距离；z_hover表示径向距离；ΔT表示控制周期；

步骤二：计算任务航天器相对于目标航天器的位置测量值；

步骤三：基于测量误差的悬停构型脉冲闭环控制策略；

步骤四：修正雨滴形状悬停构型；

当目标航天器RS的纬度辐角到达所述时，将径向脉冲δv_z和迹向脉冲δv_x加载到任务航天器CS上，从而对雨滴悬停构型进行修正；

步骤五：判断用于修正雨滴形状悬停构型的脉冲次数是否达到要求；