一种巨型星座连续覆盖构型保持控制方法与流程

本发明卫星轨道控制研究，具体涉及卫星相对轨道构型保持技术，尤其涉及一种巨型星座连续覆盖构型保持控制方法。

背景技术：

1、近年来，以星链为代表的低轨巨型星座引发了广泛的关注，各国家、商业航天公司均启动了低轨巨型星座的建设计划。低轨巨型星座在轨运行时，对地覆盖性是评价其性能的重要指标，因此对于巨型星座而言，相比于每颗星的绝对位置，各星的相对位置是更重要的衡量标准。受到轨道摄动和入轨误差影响，卫星轨道会发生偏移，需要通过在轨维护保证其轨道位置。现有的轨道保持方法主要分为绝对构型保持和相对构型保持两种，对于巨型星座来说，绝对构型保持将导致频繁的在轨机动，导致控制能耗的浪费。相对构型保持需要依赖于全局信息，因为卫星数量庞大而效率低下。因此，根据巨型星座构型特点，发展满足卫星连续覆盖任务需求的、考虑复杂摄动环境的、无需在轨频繁机动的相对运动保持方法是一个有待解决的重要问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种巨型星座连续覆盖构型保持控制方法，针对星座连续覆盖的任务需求，解析建立低轨巨型星座的星间约束，基于人工势函数提出低轨巨型星座的自组织控制方法。该控制方法仅依赖受控星运动状态和共面相邻卫星的运动状态，无需获取星座全局信息，因此是一种完全分布式分散化的自组织控制方法。

2、为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种巨型星座连续覆盖构型保持控制方法，其特点是：

3、所述巨型星座是由运行在低轨圆轨道上的多个子星座组合而成，每个子星座的卫星轨道半长轴相等，将星座的连续覆盖约束及大气摄动影响解析分解为升交点赤经约束、共面相邻卫星间的相对运动边界约束以及卫星轨道高度约束，并针对上述约束分别设计面外控制势函数、星间边界控制势函数和半长轴控制势函数。

4、s1：面外控制势函数主要受升交点赤经约束影响，由于升交点赤经控制会同时影响轨道倾角，因此面外控制既需要约束升交点赤经的漂移范围，也需要保持轨道倾角不受摄动和控制作用改变，面外控制势函数φiω为

5、其中，ω*为j2摄动下的升交点赤经。

6、s2：星间边界控制势函数主要基于共面相邻两星的星间相对运动边界约束影响，考虑共面相邻两星的最小边界约束dmin和最大边界约束dmax。设计星间边界控制势函数φbound写为

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8、对于星间边界控制而言，受控星和受控星共面相邻卫星的运动状态会互相影响。为此，对于共面三颗相邻卫星i-1、i和i+1，定义自组织控制规则如下：当卫星i与邻近两星满足星间边界约束，或与邻近两星都不满足星间边界约束时，卫星i不执行星间边界控制；若卫星i与一颗共面相邻卫星满足星间边界约束，与另一颗共面相邻卫星不满足星间边界约束，则卫星i将执行星间边界控制。

9、

10、s3：半长轴控制势函数当且仅当上述升交点赤经约束和星间边界约束均满足时执行，低轨环境中的大气阻力摄动会影响卫星轨道高度，必须及时抬升卫星轨道，以确保星座正常运行。半长轴控制势函数φa写为

11、

12、本发明一种巨型星座连续覆盖构型保持控制方法与现有技术相比具有以下优点：本发明所述的巨型星座连续覆盖构型保持控制方法，针对星座的连续覆盖约束及大气摄动影响解析分解为升交点赤经约束、共面相邻卫星间的相对运动边界约束以及卫星轨道高度约束，并针对上述约束分别设计面外控制势函数、星间边界控制势函数和半长轴控制势函数。该星座控制方法仅依赖受控星运动状态和共面相邻卫星的运动状态，无需获取星座全局信息，是一种完全分布式分散化的自组织控制方法。

技术特征：

1.一种巨型星座连续覆盖构型保持控制方法，其特征在于：

2.如权利要求1所述巨型星座连续覆盖构型保持控制方法，其特征在于：

3.如权利要求1所述巨型星座连续覆盖构型保持控制方法，其特征在于：

4.如权利要求1中巨型星座连续覆盖构型保持控制方法，其特征在于：

技术总结本发明公开了一种巨型星座连续覆盖构型保持控制方法。所述巨型星座是由运行在低轨圆轨道上的多个子星座组合而成，每个子星座的卫星轨道半长轴相等，针对星座的连续覆盖约束及大气摄动影响解析分解为升交点赤经约束、共面相邻卫星间的相对运动边界约束以及卫星轨道高度约束，并针对上述约束分别设计面外控制势函数、星间边界控制势函数和半长轴控制势函数。该星座控制方法仅依赖受控星运动状态和共面相邻卫星的运动状态，无需获取星座全局信息，因此是一种完全分布式分散化的自组织控制方法。技术研发人员：韩宇,刘付成,韩飞,宋婷,潘晓受保护的技术使用者：上海航天控制技术研究所技术研发日：技术公布日：2024/4/17