一种地球同步轨道卫星全向推力耦合位置保持方法与流程

本发明涉及一种地球同步轨道卫星全向推力耦合位置保持方法，属于航天器控制领域。

背景技术：

1、由于新一代地球同步轨道卫星平台(以下简称“新平台”)采用了分舱模块化设计理念，将载荷舱与推进服务舱进行了布局分离，推力器只能布置在位于星箭对接环一侧的推进服务舱，即所有推力器的安装高度均低于卫星在轨阶段的质心高度。由于这个特点，与传统地球同步轨道卫星平台的10n推力器布局方案相比，新平台的10n推力器在位保期间始终存在径向推力分量，导致南北方向倾角控制与东西方向偏心率及平经度控制耦合，给10n推力器位保策略设计带来了全新挑战。

2、传统的地球同步轨道卫星10n推力器位保策略中，南北位保和东西位保直接的耦合主要由于控制误差引起，一般当作干扰项处理，不需要考虑专门的策略优化，采取控后、控前测轨，即时独立控制的策略即可满足任务要求。然而新平台本身具有南北位保控制推力与东西位保控制推力高度耦合的特点，要求控制策略必须对这个耦合因素进行优化设计，从而保证燃料利用效率。

技术实现思路

1、本发明解决的技术问题：提供一种地球同步轨道卫星全向推力耦合位置保持方法，通过控制量计算、径向推力补偿、位保时机优化和控制量迭代求解，实现了推力耦合情形下的位置保持联合控制。

2、本发明的技术方案是：一种地球同步轨道卫星全向推力耦合位置保持方法，包括如下步骤：

3、(1)根据当前时刻的轨道参数，计算轨道角速度n、平经度平经度偏差平经度漂移率d，偏心率矢量倾角矢量并进行控制计算判断，当判断为等待型轨道时，暂停控制；当判断进行南北位保控制计算时，转步骤(2)；进行东西位保控制计算时，转步骤(3)；

4、(2)根据j2000儒略世纪数tc，计算实时儒略世纪数tnc、j2000倾角变化角度系数tci、实时倾角变化角度系数tnci，进而计算倾角摄动长期项[dix,diy]；

5、根据上述计算的倾角摄动长期项[dix,diy]，计算点火基准赤经lf和倾角控制量δi；

6、南北位保采用两次脉冲控制，令第一次点火平赤经为lf，由此得到南北位保双脉冲两次点火时刻tns1、tns2；

7、(3)计算偏心率控制量δex、δey以及漂移率控制量并根据计算结果计算漂移率控制速度增量δvd和偏心率控制速度增量δve；

8、根据允许的经度漂移环的宽度δλ、漂移率控制量漂移率控制速度增量δvd确定脉冲控制类型，并确定每种脉冲控制类型下的控制量。

9、优选的，通过下述方式完成进行控制计算判断：

10、每隔预设的nc天进行南北位保控制计算；

11、如果或或则进行东西位保控制计算；否则，属等待型轨道，暂不控制；

12、上述δλ为允许的经度漂移环的宽度、为经度漂移加速度、ef为偏心率控制目标半径，函数norm(.)表示求平面二维矢量的模。

13、优选的，南北位保双脉冲两次点火时刻tns1、tns2计算公式如下：

14、

15、

16、其中，k为整数，取值应使得实际执行的第一次点火时刻在当前时刻之后且距离最近；ω为近地点辐角；ω为升交点赤经；tp为卫星过近地点时刻。

17、优选的，通过下述方式确定脉冲控制类型：

18、根据平经度偏差双脉冲漂移率控制量漂移率控制速度增量δvd，同步轨道标称半径rs，计算平经度脉冲控制槛值

19、若则采用双脉冲控制，否则，采用三脉冲控制，此时分为两类：

20、若即对于自然摄动向西漂的geo卫星：

21、若则采用左边界三脉冲控制，否则采用右边界三脉冲控制；

22、若即对于自然摄动向东漂的geo卫星，

23、若则采用右边界三脉冲控制；否则采用左边界三脉冲控制。

24、优选的，左边界三脉冲控制的控制量计算步骤如下：

25、计算目标平经度差：

26、计算目标漂移率：

27、计算漂移率控制量：

28、计算考虑径向分量导致平经度漂移：

29、计算平经度差变化量：

30、然后，确定三脉冲控制点火参数：即确定三次点火时刻，并根据计算的平经度差变化量计算东西位保三次脉冲控制速度增量。

31、优选的，右边界三脉冲控制的控制量计算步骤如下：

32、计算目标平经度差：

33、计算目标漂移率：df＝0

34、计算漂移率控制量：

35、计算考虑径向分量导致平经度漂移：

36、

37、计算平经度差变化量：

38、然后，确定三脉冲控制点火参数：即确定三次点火时刻，并根据计算的平经度差变化量计算东西位保三次脉冲控制速度增量。

39、优选的，在东西位保控制计算过程中控制速度增量δvk限幅，即当时，取δvk＝0；

40、其中，abs(.)表示取绝对值，为最小速度增量限。

41、本发明与现有技术相比的有益效果是：

42、本发明提出的一种地球同步轨道卫星全向推力耦合位置保持方法，针对新平台特点，提出了南北控制和东西控制位保协同控制策略。位保时序采取“分步执行，统一计算”的方式，即南北和东西位保点火分开执行，考虑南北位保点火对东西位保的影响，通过控制量补偿和控制时机优化实现协同控制。

43、其中，南北位保在升交点和降交点分两次点火间隔180度进行，以消除径向推力分量产生的偏心率干扰。而东西位保进行平经度和偏心率联合控制，包含单脉冲、双脉冲或三脉冲等不同策略。修正了东西位保径向分量的影响，同时控制平经度漂移和偏心率矢量。

44、本发明所提出的一种地球同步轨道卫星全向推力耦合位置保持方法，适用于各类南北位保和东西位保具有径向推力耦合作用的情形，通过位保时机优化和平经度控制量迭代求解，实现了推力耦合补偿，能够适应双脉冲、三脉冲工况联合控制。与现有技术相比具有以下优点：

45、(1)提出了南北位保均匀间隔控制策略，并以此为基础设计了南北位保时机选择优化策略，从而延长了东西位保间隔，避免了由于控制耦合增加位保燃料消耗；

46、(2)提出了考虑径向推力耦合作用的东西位保平经度控制量的迭代计算流程，通过方法设计使迭代计算收敛，能够适应双脉冲、三脉冲工况。该方法通过有限次迭代实现了推力耦合补偿，具有计算量小、收敛性好的优点。

技术特征：

1.一种地球同步轨道卫星全向推力耦合位置保持方法，其特征在于包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过下述方式完成进行控制计算判断：

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：南北位保双脉冲两次点火时刻tns1、tns2计算公式如下：

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：通过下述方式确定脉冲控制类型：

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：左边界三脉冲控制的控制量计算步骤如下：

6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：右边界三脉冲控制的控制量计算步骤如下：

7.根据权利要求4所述的方法，其特征在于：在东西位保控制计算过程中控制速度增量δvk限幅，即当时，取δvk＝0；

8.一种计算机可读存储介质，所述的计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述的计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1～权利要求7任一所述方法的步骤。

9.一种处理设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于：所述的处理器执行所述的计算机程序时实现如权利要求1～权利要求7任一所述方法的步骤。

技术总结本发明属于航天器控制领域，涉及一种地球同步轨道卫星全向推力耦合位置保持方法。本发明采用考虑推力耦合的多脉冲控制方案，适用于南北位保和东西位保具有径向推力耦合作用的情形。本发明包含南北位保控制量计算、偏心率控制量计算、径向推力补偿、平经度漂移率控制量迭代计算、双脉冲控制参数计算和三脉冲控制参数计算等过程，通过位保点火时刻优化和控制量迭代求解，实现了推力耦合位置保持联合控制。技术研发人员：石恒,刘潇翔,林波,刘磊,何刚,王楷,郭建新,常建松,王佐伟,吴培亚受保护的技术使用者：北京控制工程研究所技术研发日：技术公布日：2024/6/18