一种卫星编队构型设计方法

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1、第3l卷第2期计算机仿真2014年2月文章编号：1006—9348(2014)02—0126—05一种卫星编队构型设计方法肖玉婷，朱立东(电子科技大学通信抗干扰技术国家级重点实验室，四川成都611731)摘要：卫星编队飞行具有独特的动力学特征，在提升系统性能，降低系统更新换代成本，提高系统的可靠性和灵活性方面有较大的优势和应用前景。提出一种根据飞行队形要求确定编队卫星轨道参数的方法，通过任务要求确定相对运动轨迹参数，从而通过求解由轨道参数表示的相对运动方程直接得到成员卫星的轨道参数，并且给出详细的设计步骤及直线编队、星下点圆编队和圆形编队三种常见编队构型的设计仿真实例

2、。通过仿真可以看出轨迹参数方法较为简捷。关键词：卫星编队；gO型；轨道参数中图分类号：N945．12文献标识码：BADesignMethodofFormation—FlyingSatelliteConfigurationXIAOYu—ting，ZHULi—dong(NationalKeyLaboratoryofScienceandTechnologyonCommunicationsofUESTC，Sichuan，611731，China)ABSTRACT：SatelliteFormationFlyingWaswidelyresearchedtheseyearsbeca

3、useofitsadvantagesinreliability，flexibilityandbettersystemperformance．Inordertoeasilyobtaintheorbitalelementsofthesatellitesintherequiredformation，amethodbasedonsolvingrelmivemotionequationsrepresentedbytheorbitalelementsWasproposed，bywhichtheorbitalelementsCanbemoreaccurateandeasilyobt

4、ained．Someexamplesweregiven，andtheresultsshowthatthismethodissimpleanddirect．KEYWORDS：Satelliteformation；Configuration；Orbitalelements1引言随着空间技术的发展，全世界发射的空间飞行器越来越多。大卫星的研制成本高，研制周期长。与单颗大卫星相比，编队小卫星以其高效，灵活，低成本，高可靠性等诸多优势越来越受到广泛的关注，多颗小卫星协同作业，实现单颗大卫星的功能，应用前景十分广泛。美国国家航空航天局(NationalAeronauticsand

5、SpaceAdministration，NASA)已成功发射OE一1和Landsat一7进行编队实验。如何进行编队构型设计是当前研究的热点。目前有运动学方法，如文献[1]提出了一种通过求解c—w方程的解析解和任务要求的初始条件求得卫星轨道参数的方法。C—w方法要求解二阶微分方程组的解析解，并且要根据要求确定初始6个坐标，再根据坐标确定卫星轨道参数。计算方法相对复杂。也有轨道动力学方法，如文献[2]提出了利用相对轨道参数求解绕飞卫星轨道参数的方法，并且给出了在水平面进行构型设计的例子。基金项目：国家863计划项目资助(2012AA01A502)收稿日期：2013—04—

6、15修回日]胡：2013—05—15··-——126·--——本文基于动力学方法，从轨道参数描述的相对运动方程出发，得出卫星的轨道参数取值。由于轨道参数是相对运动方程解析解的积分常数，在二体的条件下保持为常数‘1][3]，更加便于队形的设计。2卫星轨道动力学理论基础2．1坐标系定义首先定义两个坐标系。地球惯性坐标系。以地心为坐标原点0，地心和春分点连线为X轴，赤道面指向北极点为z轴，由右手定则确定y轴的坐标系为地球惯性坐标系。卫星轨道坐标系。坐标系原点与参考卫星质心重合，y轴与速度方向重合，x轴从地心指向参考卫星质心的方向，z轴与x轴构成右手系。在描述编队相对运动时，

7、是以参考星的轨道坐标系作为动力学方程的基准坐标系，定义相对运动状态口J。2．2卫星轨道参数通过六个经典的轨道参数来描述卫星在宇宙空间的位置，分别是：轨道半长轴口，偏心率e，轨道倾角i，近地点幅角卫星的轨道参数分为三组，第一组轨道半长轴和偏心率决定轨道的大小和形状，第二组轨道的倾角，升交点赤经，近地点幅角决定了卫星轨道的位置，第三组参数近地点时刻决M为卫星的平近点角，有时也可以用参数M来代替近地点时刻描述卫星的瞬时位置。其中／7,表示卫星的平均角由上述参数构成的系统可以精确描述卫星的运动。构成编队的卫星应该满足以下条件"1：1)轨道长半轴相同(即轨道周