编队卫星法向机动的切向耦合效应补偿方法.pdf

《编队卫星法向机动的切向耦合效应补偿方法.pdf》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、2017年6月第43卷第6期北京航空航天大学学报JournalofBeijiugUniversityofAeronauticsandAstronauticsJune2017V01．43No．6http：f}bhxb．buaa．edu．cnjbuaa@buaa．edu．caDOI：10．13700／j．bh．1001—5965．2016．0437编队卫星法向机动的切向耦合效应补偿方法王有亮1’2⋯，李明涛1’2’3一，郑建华1’2⋯，周敬1’2，3(1．中国科学院国家空间科学中心，北京100190；2．中国科学院复杂航天系统电子信息技术重点实验室，北京1001903．中国科学院大学，

2、北京100049)摘要：空间四面体构型在空间物理场三维立体协同探测任务中具有重要应用价值。为了保证空间四面体良好的探测性能，必须对空间四面体构型进行构型维持控制。但是，在法向控制中，法向机动的切向耦合效应会导致编队构型发生切向漂移，使得空间四面体几何特性变差，从而影响编队卫星的探测性能。针对编队飞行任务，通过解析的补偿方法消除法向机动时由于耦合效应造成的构型切向漂移，从而实现J2摄动下精确的构型初始化重构和构型保持控制。仿真表明，该方法简单有效，能够有效消除J2摄动下的法向机动引起的构型切向漂移，实现更精确的构型控制。关键词：编队飞行；高斯变分方程；法向机动；切向漂移；解析补偿中图

3、分类号：V412．41文献标识码：A文章编号：1001-5965(2017)06．1165-08随着微小卫星和一箭多星等航天技术的发展，卫星编队以其独特的优势成为航天领域的研究热点。卫星编队的功能多样、性能优异，可以通过星问协同实现数据的获取、处理、分析⋯，从而完成许多传统单一大型卫星难以完成的空间任务，这使得微小卫星编队在空间科学、对地观测等领域具有广阔的应用前景¨⋯，尤其是空间物理场的探测，典型的有加拿大的CANX-4，5¨。，冯卡门研究所负责的QB50"o和NASA的EDSN项目‘61等。由于空间摄动力的存在，尤其在J2摄动力的作用下，编队构型常常会发散，因而J2摄动下的构型

4、保持和重构控制成为国内外学者的研究重点⋯“。对于编队的法向控制，一般根据高斯变分方程(也称为高斯摄动方程)解析计算。由于常常认为编队的轨道面内运动和法向运动是解耦的，因此很少有文献专门研究编队的法向控制，多数文献主要研究三维和轨道面内的控制，而相对动力学方程对于编队控制至关重要。编队构型的相对动力学方程有2种描述方式：一种是以相对位置和速度为变量的直角坐标系描述法，比如HCW方程(也称为Hill方程或者C—w方程)¨引和Lawden方程¨刮等，由于相对位置速度便于测量，因而被最早应用¨’9。，此时构型控制所需的速度增量通过动力学方程直接求解。但J2摄动下使用该方法描述的相对动力学表

5、达式较为复杂；另一种是以相对轨道根数为变量的轨道要素法，在J2摄动模型下采用该方法可以得到解析的构型无漂移条件，目前应用较为广泛，此时构型控制所需的速度增量常常采用高斯摄动方程求解‘扎111。为了实现对空间物理场的三维立体协同测量，空间物理场探测任务常常采用空间四面体卫星编队实现三维数据采集，4颗卫星分别位于空收稿日期：2016-05—23；录用日期：2016-07—15；网络出版时间：2016-09-0518：01网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．2625．V．20160905．1801．003．html}通讯作者：E-mail：limingt

6、ao@nssc．ac．cn引用捂式：王有亮，李明涛，郑建华，等．编队l星法向机动的切向耦合效直补偿方法【J]．北京航空航天大学学报．2017．43(6)：1165-1172．WANGYL，LIMT。ZHENGJH，eta1．Compensationmethodofin-trackcouplingeffectofcross—trackmaneuverforformation-flyingsatellites[JJ．JournalofBeifingUniversityofAeronauticsandAstronautics，2017，43∞)：I165．1172(inChi．1lese

7、)．1166北京航空航天大学学报2017年间四面体的4个顶点，四面体的几何特性对探测性能有较大的影响，其中几何特性最好的是正四面体"1。此时，为了实现空间四面体的编队飞行，卫星需要进行2种类型的法向机动：首先，构型的初始化部署需要进行法向机动，以形成法向基线；其次，在构型保持中，由于J2摄动力作用，轨道升交点赤经存在长期漂移，导致空间四面体的法向距离发生漂移，使得空间四面体性能退化。为了修正法向漂移从而实现良好的空间四面体几何特性，卫星需要定期实施法向机动控制。然而，