基于相对位置信息解算相对轨道要素的方法

技术领域

本发明属于航天器测量与控制方法技术领域，具体涉及基于相对位置信息解算相对轨道要素的方法。

背景技术

随着卫星编队技术日渐发展，编队卫星的应用形式也趋于多样化。针对地球静止轨道上的编队卫星，当星间相对位置测量信息不全面时，往往影响星间相对运动的控制。本发明主要针对相对测量信息不全面时，这里特指仅有相对位置测量信息，无相对速度信息，可根据本发明的方法快速解算反演出目标星的轨道要素，对任务实施有重要的指导意义。

发明内容

本发明的目的在于提供基于相对位置信息解算相对轨道要素的方法，解决了有相对位置测量信息无相对速度信息时，难以快速解算反演出目标星轨道要素的问题。

本发明所采用的技术方案是：基于相对位置信息解算相对轨道要素的方法，首先，提取星上遥测下传的相对位置，绘制相对位置随时间变化的曲线，找出径向、法向和切向相对位置的极值点以及幅值对应的时刻；然后，结合不同时刻追踪星的平经度计算双星的相对半长轴差、相对偏心率矢量、相对倾角矢量及相对相位差；最后，再根据追踪星的轨道要素计算目标星的轨道要素，即半长轴、偏心率矢量、倾角矢量及平经度。

本发明的特点还在于，具体包括以下步骤：

步骤1、提取星上遥测下传的相对位置，绘制相对位置随时间变化的曲线，找出径向相对位置的极值点及其对应的时刻，计算双星的相对半长轴差δa以及目标星的半长轴a

步骤2、基于步骤1所得径向相对位置的极值点以及δa、a

步骤3、在步骤1绘制的曲线中找出法向相对位置的极值点及其对应的时刻，基于步骤1所得a

步骤4、在步骤1绘制的曲线中找出切向相对位置的极值点及其对应的时刻，再根据不同时刻追踪星的平经度及步骤1所得δa、a

步骤1具体包括以下步骤：

步骤1.1、提取星上遥测下传的相对位置，绘制相对位置即x，y，z随时间变化的曲线，找出径向相对位置的极值点x

步骤1.2、根据追踪星的半长轴a

a

步骤2具体包括以下步骤：

步骤2.1、通过公式(3)计算双星的相对偏心率矢量的大小δe：

步骤2.2、计算t

ω

步骤2.3、根据步骤2.1所得相对偏心率矢量的大小δe及步骤2.2所得相对偏心率矢量的方向ω

步骤2.4、根据追踪星的偏心率矢量e

e

步骤3具体包括以下步骤：

步骤3.1、找出法向相对位置的极值点z

步骤3.2、计算t″

步骤3.3、根据步骤3.1所得相对倾角矢量的大小δi及步骤3.2所得相对倾角矢量的方向ω

步骤3.4、根据追踪星的倾角矢量i

i

步骤4具体包括以下步骤：

步骤4.1、找出切向相对位置的极值点y

步骤4.2、计算t′

式(11)中，l

步骤4.3、根据初始时刻双星的相对相位差δl

l

步骤4.4、根据目标星初始时刻，即t

式(13)中，a

本发明的有益效果是：本发明的基于相对位置信息解算相对轨道要素的方法，通过遥测相对位置，反演目标星的半长轴、偏心率矢量、倾角矢量及平经度等关键轨道要素信息，可在相对测量信息不全面时，快速解算反演出目标星的轨道要素，对任务实施有重要的指导意义。

附图说明

图1是本发明的基于相对位置信息解算相对轨道要素的方法中径向相对位置随时间变化曲线示意图；

图2是本发明的基于相对位置信息解算相对轨道要素的方法中法向相对位置随时间变化曲线示意图；

图3是本发明的基于相对位置信息解算相对轨道要素的方法中切向相对位置随时间变化曲线示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明。

实施例1

轨道要素是指卫星的轨道半长轴a、偏心率e、倾角i、升交点赤经Ω、近地点幅角ω、平近点角M。对于地球静止轨道，偏心率矢量表示为：

倾角矢量表示为：

平经度表示为：

l＝Ω+ω+M-g

其中g为轨道历元时刻的格林尼治恒星时角。

本发明提供了基于相对位置信息解算相对轨道要素的方法，这里的相对轨道要素是指双星的相对半长轴差δa，相对偏心率矢量δe，相对倾角矢量δi和相对相位差δl，其中：

式中，下标C表示追踪星，追踪星的轨道要素均为已知量；下标T表示目标星。本发明在确定相对轨道要素差以及追踪星的轨道要素后，根据双星相对关系即可确定目标星的轨道要素：

实施例2

本发明的基于相对位置信息解算相对轨道要素的方法确定相对轨道要素差具体为：

提取星上遥测下传的相对位置，绘制相对位置即x，y，z随时间变化的曲线，如图1所示，找出径向相对位置的极值点x

a

其中，a

计算t

ω

至此，确定了双星相对偏心率矢量的方向。则相对偏心率矢量为：

如图2所示，找出法向相对位置的极值点z

至此，确定了双星相对倾角矢量的大小。

计算t″

至此，确定了相对倾角矢量的方向。则相对倾角矢量为：

如图3所示，找出切向相对位置的极值点y

其中，l

至此，确定了初始时刻双星的相对相位差。

再根据初始时刻双星的相对相位差δl

l

根据目标星初始时刻，即t

其中，a

实施例3

本发明基于相对位置信息解算相对轨道要素的方法，首先，提取星上遥测下传的相对位置，绘制相对位置随时间变化的曲线，找出径向、法向和切向相对位置的极值点以及幅值对应的时刻；然后，结合不同时刻追踪星的平经度计算双星的相对半长轴差、相对偏心率矢量、相对倾角矢量及相对相位差；最后，再根据追踪星的轨道要素计算目标星的轨道要素，即半长轴、偏心率矢量、倾角矢量及平经度。通过遥测相对位置，反演目标星的半长轴、偏心率矢量、倾角矢量及平经度等关键轨道要素信息，可在相对测量信息不全面时，快速解算反演出目标星的轨道要素，对任务实施有重要的指导意义。