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申请/专利权人：北京理工大学

摘要：本发明公开的一种面向星座多目标遍历飞越的航天器轨迹规划方法，属于航空航天技术领域。本发明实现方法为：引入飞越时刻约束条件及理想飞越方位，构建任务星飞越状态优化问题，生成飞越单个目标的相对运动轨迹。通过在任务星近地点施加切向速度脉冲调整半长轴，利用J2摄动下任务星与目标星在不同轨道半长轴下带来的升交点赤经漂移率差异，实现任务星在目标星座各个轨道面之间的转移。在任务星轨道面漂移过程中施加修正机动，实现任务星近地点幅角与目标星相位的匹配，使任务星进入对星座中卫星遍历飞越的共振轨道中。重复上述任务星在相邻轨道面之间的转移轨迹优化过程，实现单颗任务星对目标星座所有卫星的飞越遍历，进而实现航天器轨迹规划。

主权项：1.一种面向星座多目标遍历飞越的航天器轨迹规划方法，其特征在于：包括如下步骤，步骤一：以任务星飞越目标星时的相对位置速度状态为优化变量，引入飞越时刻约束条件及理想飞越方位，通过利用飞越时刻的几何关系约束以及任务星与目标星的轨道共振关系，减少实际优化变量个数，使建立的任务星飞越状态优化问题仅包含3个自由度，将针对状态矢量的优化转换为针对空间角度的优化；将理想飞越方位约束放松作为最小化目标函数，建立空间角度取值范围作为约束条件，构建任务星飞越状态优化问题，求解得到相对位置、相对速度状态，生成飞越单个目标的相对运动轨迹；由于引入共振轨道约束条件，所以目标星在飞越单个目标星的轨道上能够自然实现对同一轨道面上所有目标星的遍历飞越；步骤二：以任务星按照步骤一优化得到的相对运动轨迹飞越星座单个轨道面内最后一个目标的时刻为转移出发时刻，施加切向速度脉冲调整半长轴，利用J2摄动下任务星与目标星在不同轨道半长轴下带来的升交点赤经漂移率差异，实现任务星的轨道面转移；为实现任务星完成轨道面转移后恰好处于近地点位置，根据任务星漂移转移时间为任务星周期的整倍数关系，构建以转移出发时刻施加的切向速度脉冲为唯一自变量的方程，求解方程得到相应速度脉冲控制量，实现轨道面转移完成后任务星恰好处于轨道近地点位置；任务星利用其与目标星座中卫星受到摄动力的差异，实现在目标星座中相邻轨道面之间的转移；步骤三：基于步骤二得到的转移出发时刻切向速度脉冲控制量，在任务星轨道面漂移过程中施加修正机动，实现任务星近地点幅角与目标星相位的匹配；重复步骤一，计算任务星飞越目标时的相对位置、速度状态；以修正机动速度增量最小为目标函数，以任务星终端位置满足飞越近地点角距最小的目标星的相对位置为约束，以施加修正机动时刻为优化变量，构建优化问题；通过Lambert问题建立施加修正机动时刻与修正机动速度增量大小与之间的联系，对优化问题进行求解，得到任务星轨道面转移过程中施加的中途修正机动控制量；由于任务星与相邻轨道面上的若干颗卫星均存在匹配机会，在步骤二首先满足任务星转移结束后到正好处于近地点这一约束的前提下，只需施加中途修正即能够实现轨道面转移完成后任务星与某一目标星重合；步骤四：当任务星到达步骤三得到的飞越目标星相对位置时，施加脉冲Δvpe2使任务星相对速度满足遍历飞越条件，使任务星进入对星座中卫星遍历飞越的共振轨道中，记录所施加的速度脉冲作为入轨速度增量控制量；步骤五：按照时间顺序依次串联步骤二得到的升轨速度增量、步骤三得到的修正速度增量、步骤四得到的入轨速度增量，生成任务星遍历飞越目标星座相邻轨道面所有卫星的控制时序指令，实现星座多目标遍历飞越的航天器轨迹规划；根据任务星轨迹规划结果对任务星实施导引控制，能够降低其在目标之间遍历巡视所需的燃料消耗，且无需进行额外等待调整相位，提升巡视任务的执行效率。

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