本申請公開了一種超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法、裝置、設備及介質，涉及衛星飛行控制技術領域，該方法包括：基于攝動力作用下的超低軌電推進衛星的絕對軌道動力學模型建立在攝動力作用下的相對軌道動力學模型，并結合在控制力作用下的相對運動數學模型，建立兩個力共同作用下的相對運動數學模型；然后結合哈密頓函數、協態方程以及正則方程，建立超低軌電推進衛星編隊飛行軌道優化控制問題的數學模型；將上述優化控制問題的數學模型轉化為兩點邊值問題；基于特殊點，解析計算協態變量初值和質量協態初值；根據協態變量初值和質量協態初值、兩點邊值問題數學模型，確定最優控制方案，本申請可提升優化控制的解算成功率、收斂速度和控制精度。
【技術實現步驟摘要】
本申請涉及衛星飛行控制，特別是涉及一種超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法、裝置、設備及介質。
技術介紹
1、超低軌道衛星編隊不僅在科學探索和空間可持續發展方面發揮著關鍵作用，還在全球通信和互聯網覆蓋等領域展現出巨大的潛力。同時，電推進技術作為新興領域技術，在節省航天飛行燃料消耗、降低飛行任務成本方面具有核心優勢。因此，超低軌電推進衛星編隊飛行軌道控制方法在現代航天技術中具有重要的戰略意義。通過編隊飛行，衛星可以實現高精度的地球觀測、空間環境監測和天文觀測等任務。
2、超低軌電推進衛星編隊飛行控制技術在近年來雖然取得了顯著進展，但仍面臨一系列挑戰和難點。首先，由于超低軌環境下的大氣阻力等攝動力較大，衛星需要進行頻繁的軌位維持，這對電推進系統提出了更高的精度和效率要求。其次，編隊飛行要求衛星之間保持精確的相對位置，這不僅需要高精度的軌位維持，還需要在軌自主高效決策解算能力，以應對各種突發情況并進行快速響應。此外，編隊飛行中的快速高品質響應也是一個關鍵問題，衛星需要能夠迅速響應地面指令或自主決策，進行軌道調整和姿態控制。
技術實現思路
1、本申請的目的是提供一種超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法、裝置、設備及介質，可提升優化控制的解算成功率、收斂速度和控制精度。
2、為實現上述目的，本申請提供了如下方案：
3、第一方面，本申請提供了一種超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法，包括：
4、建立攝動力作用下的超低軌電推進衛星的絕對軌道動力學模型；
5、基于攝動力作用下的超低軌電推進衛星的絕對軌道動力學模型，建立超低軌電推進衛星編隊在攝動力作用下的相對軌道動力學模型；超低軌電推進衛星編隊由若干超低軌電推進衛星構成；
6、基于超低軌電推進衛星編隊在控制力作用下的相對運動數學模型和在攝動力作用下的相對軌道動力學模型，建立在環境攝動力和控制力共同作用下的超低軌電推進衛星編隊飛行的相對運動數學模型；
7、以最小飛行時間或最小消耗燃料為優化目標，基于在環境攝動力和控制力共同作用下的超低軌電推進衛星編隊飛行的相對運動數學模型、哈密頓函數、協態方程以及正則方程，建立超低軌電推進衛星編隊飛行軌道優化控制問題的數學模型；哈密頓函數、協態方程以及正則方程由協態變量和質量協態構成；協態變量與超低軌電推進衛星的軌道要素相對應；質量協態與超低軌電推進衛星的質量相對應；
8、將超低軌電推進衛星編隊飛行軌道優化控制問題的數學模型轉化為兩點邊值問題；計算兩點邊值問題的解析雅可比矩陣；
9、基于特殊點，解析計算協態變量初值和質量協態初值；特殊點為超低軌電推進衛星編隊飛行虛擬中心標稱軌跡上的一點；
10、根據協態變量初值和質量協態初值、兩點邊值問題和正則方程，計算飛行過程中所有時刻的最優推力方向和最優節流系數；飛行過程中所有時刻的最優推力方向和最優節流系數共同組成超低軌電推進衛星編隊飛行軌道的最優控制方案。
11、第二方面，本申請提供了一種超低軌電推進衛星編隊軌道控制裝置，包括：
12、絕對軌道動力學模型建立模塊，用于：建立攝動力作用下的超低軌電推進衛星的絕對軌道動力學模型；
13、超低軌電推進衛星的絕對軌道動力學模型建立模塊，用于：基于攝動力作用下的超低軌電推進衛星的絕對軌道動力學模型，建立超低軌電推進衛星編隊在攝動力作用下的相對軌道動力學模型；超低軌電推進衛星編隊由若干超低軌電推進衛星構成；
14、相對運動數學模型建立模塊，用于：基于超低軌電推進衛星編隊在控制力作用下的相對運動數學模型和在攝動力作用下的相對軌道動力學模型，建立在環境攝動力和控制力共同作用下的超低軌電推進衛星編隊飛行的相對運動數學模型；
15、飛行軌道優化控制問題的數學模型建立模塊，用于：以最小飛行時間或最小消耗燃料為優化目標，基于在環境攝動力和控制力共同作用下的超低軌電推進衛星編隊飛行的相對運動數學模型、哈密頓函數、協態方程以及正則方程，建立超低軌電推進衛星編隊飛行軌道優化控制問題的數學模型；哈密頓函數、協態方程以及正則方程由協態變量和質量協態構成；協態變量與超低軌電推進衛星的軌道要素相對應；質量協態與超低軌電推進衛星的質量相對應；
16、解析雅可比矩陣計算模塊，用于：將超低軌電推進衛星編隊飛行軌道優化控制問題的數學模型轉化為兩點邊值問題；計算兩點邊值問題的解析雅可比矩陣；
17、協態初值解析模塊，用于：基于特殊點，解析計算協態變量初值和質量協態初值；特殊點為超低軌電推進衛星編隊飛行虛擬中心標稱軌跡上的一點；
18、最優控制方案計算模塊，用于：根據協態變量初值和質量協態初值、兩點邊值問題和正則方程，計算飛行過程中所有時刻的最優推力方向和最優節流系數；飛行過程中所有時刻的最優推力方向和最優節流系數共同組成超低軌電推進衛星編隊飛行軌道的最優控制方案。
19、第三方面，本申請提供了一種計算機設備，包括：存儲器、處理器以及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，所述處理器執行所述計算機程序以實現上述超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法。
20、第四方面，本申請提供了一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，該計算機程序被處理器執行時實現上述超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法。
21、根據本申請提供的具體實施例，本申請公開了以下技術效果：
22、鑒于超低軌電推進衛星編隊飛行控制技術在軌位維持精度、自主決策解算、快速響應能力等方面存在的問題，本申請提供了一種超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法、裝置、設備及介質，通過將超低軌電推進衛星編隊飛行軌道優化控制問題的數學模型轉化為兩點邊值問題，計算兩點邊值問題的解析雅可比矩陣，提升了收斂速度；基于特殊點，解析計算協態變量初值和質量協態初值，然后通過協態變量初值和質量協態初值計算飛行過程中所有時刻的最優推力方向和最優節流系數，提高了優化成功率和控制精度，基于上述內容，本申請在對復雜高維非線性受控系統時，能夠通過解析手段提升優化控制的解算成功率、收斂速度和控制精度。
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【技術保護點】
1.一種超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法，其特征在于，所述超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法包括：
2.根據權利要求1所述的超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法，其特征在于，建立攝動力作用下的超低軌電推進衛星的絕對軌道動力學模型，具體包括：
3.根據權利要求1所述的超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法，其特征在于，將超低軌電推進衛星編隊飛行軌道優化控制問題的數學模型轉化為兩點邊值問題，具體包括：
4.根據權利要求3所述的超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法，其特征在于，最優推力方向和最優節流系數表示如下：
5.根據權利要求1所述的超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法，其特征在于，基于特殊點，解析計算協態變量初值和質量協態初值，具體包括：
6.根據權利要求1所述的超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法，其特征在于，根據協態變量初值和質量協態初值、兩點邊值問題和正則方程，計算飛行過程中所有時刻的最優推力方向和最優節流系數，具體包括：
7.根據權利要求2所述的超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法，其特征在于，所述改進春分點軌道要素包括軌道半長軸、偏心率矢量的x分量、偏心率矢量的y分量、軌道傾角的x分量、軌道傾角的y分量和平經度。
8.一種超低軌電推進衛星編隊軌道控制裝置，其特征在于，所述超低軌電推進衛星編隊軌道控制裝置包括：
9.一種計算機設備，包括：存儲器、處理器以及存儲在存儲器上并可在處理器上運行的計算機程序，其特征在于，所述處理器執行所述計算機程序以實現權利要求1-7中任一項所述的超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法。
10.一種計算機可讀存儲介質，其上存儲有計算機程序，其特征在于，該計算機程序被處理器執行時實現權利要求1-7中任一項所述的超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法。
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【技術特征摘要】
1.一種超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法，其特征在于，所述超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法包括：
2.根據權利要求1所述的超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法，其特征在于，建立攝動力作用下的超低軌電推進衛星的絕對軌道動力學模型，具體包括：
3.根據權利要求1所述的超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法，其特征在于，將超低軌電推進衛星編隊飛行軌道優化控制問題的數學模型轉化為兩點邊值問題，具體包括：
4.根據權利要求3所述的超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法，其特征在于，最優推力方向和最優節流系數表示如下：
5.根據權利要求1所述的超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法，其特征在于，基于特殊點，解析計算協態變量初值和質量協態初值，具體包括：
6.根據權利要求1所述的超低軌電推進衛星編隊飛行控制方法，其特征在于，根據協態變量初值和質量協態初值...
【專利技術屬性】
技術研發人員：李林澄，徐明，白雪，陳昭岳，
申請(專利權)人：北京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：
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