[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

摘要

本发明公开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，该方法首先依据雨滴形状悬停构型的设计方法，给出了悬停构型的理论轨迹，然后采集任务航天器对目标航天器进行相对测量过程中存在测量误差的测量数据，再通过悬停构型脉冲闭环控制策略对所述的雨滴形状悬停构型进行修正，最后实现任务航天器相对于目标航天器在指定位置下的长期悬停。本发明方法是针对航天器在轨服务任务对悬停技术的需求，本发明解决的技术方案是存在“测量误差”前提下，通过设计一个基于测量误差的悬停构型脉冲闭环控制策略，对雨滴形状悬停构型的悬停位置进行修正，更符合实际工程应用。

主权项

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,xhover,yhover,zhover,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；xhover表示迹向距离；yhover表示法向距离；zhover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；计算位置测量值对应的悬停构型相对轨迹与理论的悬停构型相对轨迹的轨迹交点R及所述轨迹交点R对应的目标航天器纬度辐角且交点时刻对于理论的悬停构型相对轨迹为HFP＝{a,e,i,Ω,ω,M,xhover,yhover,zhover,ΔT}；任务航天器CS进入雨滴时刻记为离开雨滴时刻记为步骤四：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δvz和迹向脉冲δvx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；若j＜K，则重复执行步骤一至步骤四；脉冲次数j＝1,2,3,…,K，K为脉冲控制总次数；若j＝K，则完成为修正测量误差造成的悬停位置偏差的悬停构型控制；在步骤二中为了得到位置测量值的处理方式为：令令步骤201：采集各个时刻t1,t2,…,tN任务航天器CS相对于目标航天器RS的距离r、俯仰角θ，方位角的测量值；在t1时刻的距离记为俯仰角记为方位角在t2时刻的距离记为俯仰角记为方位角在tN时刻的距离记为俯仰角记为方位角由此得到，在目标航天器RS的质心轨道坐标系Oo‑xoyozo下，任意时刻tN的任务航天器CS与目标航天器RS之间的相对位置的测量值为：表示在Oo‑xoyozo中tN时刻的X轴上的测量值；表示在Oo‑xoyozo中tN时刻的Y轴上的测量值；表示在Oo‑xoyozo中tN时刻的Z轴上的测量值；步骤202：计算在测量误差影响下的相对轨道要素的测量值；由基于相对轨道要素的卫星近距离相对运动方程，可以得到近圆情况下，在Oo‑xoyozo下任意时刻tN任务航天器与目标航天器的相对位置与t1时刻任务航天器相对于目标航天器的相对轨道要素的转换关系：aRS表示目标航天器的半长轴；表示时刻tN的目标航天器的纬度幅角；nRS表示目标航天器的平均角速度；表示在Oo‑xoyozo下任意时刻tN的任务航天器的位置；表示在t1时刻任务航天器相对于目标航天器的相对轨道要素，其中，相对漂移率记为D，相对偏心率矢量记为在目标航天器节点坐标系中x轴方向上的投影记为Δex，在目标航天器节点坐标系中y轴方向上的投影记为Δey，相对倾角矢量记为在目标航天器节点坐标系中x轴方向上的投影记为Δix，在目标航天器节点坐标系中y轴方向上的投影记为Δiy，初始振荡中心偏差记为ΔM′；联立式(1)与式(2)，并将t1,t2,…,tN下所有的测量值映射到t1时刻任务航天器相对于目标航天器的相对轨道要素中，得到式(3)：化简式(3)则有：根据式(4)求解得到t1时刻任务航天器CS相对于目标航天器RS的相对轨道要素的测量值，即表示测量轨迹下t1时刻的目标航天器的纬度幅角；表示测量轨迹下t2时刻的目标航天器的纬度幅角；表示测量轨迹下tN时刻的目标航天器的纬度幅角；表示在测量轨迹下的相对轨道要素；表示将t1时刻下所有的测量值映射到t1时刻任务航天器相对于目标航天器的相对轨道要素中，相对漂移率测量值记为相对偏心率矢量在目标航天器节点坐标系中x轴方向上的投影的测量值记为相对偏心率矢量在目标航天器节点坐标系中y轴方向上的投影测量值记为相对倾角矢量在目标航天器节点坐标系中x轴方向上的投影测量值记为相对倾角矢量在目标航天器节点坐标系中y轴方向上的投影测量值记为振荡中心偏差测量值记为根据式(2)的表征内容，在坐标系Oo‑xoyozo下任意时刻tN，理论轨迹与测量轨迹分别为：表示在Oo‑xoyozo中tN时刻的X轴上的理论值；表示在Oo‑xoyozo中tN时刻的Z轴上的理论值；表示在Oo‑xoyozo中tN时刻的X轴上的测量值；表示在Oo‑xoyozo中tN时刻的Z轴上的测量值；表示理论轨迹下t1时刻的目标航天器的纬度幅角；表示理论轨迹下tN时刻的目标航天器的纬度幅角；表示在理论轨迹下的相对轨道要素；由于雨滴悬停构型映射在坐标系Oo‑xoyozo的xozo平面下，故省略任务航天器在yo方向上的相关数值。