一种考虑约束的观测星轨道机动进入点选择方法

摘要

本发明公开了一种考虑约束的观测星轨道机动进入点选择方法，包括对目标星信息TInfo、观测星信息CInfo和观测约束参数ObsCons进行解析，验证观测合理性；筛选获取观测点集合IP(t，p，v)；获取惯性坐标观测点集合TP(t，p，v)；本发明通过光照约束、观测距离约束筛选出符合基本约束的进入点集合，再通过观测星机动能力，对待选点进行优化机动方案筛选，最终给出最优进入点选择结果。通过本发明方法，能够给出满足约束条件的轨道机动进入点，具有一定的通用性，可应用与不同轨道高度的观测进入点选择；同时本方法可方便迁移到电子侦收载荷、雷达成像载荷，仅需将约束条件进行扩展，增加计算量即可完成。(56)对比文件耿远卓;郭延宁;李传江;马广富;李文博.敏捷凝视卫星密集点目标聚类与最优观测规划.控制与决策.(03),104-112.

权利要求

1.一种考虑约束的观测星轨道机动进入点选择方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取目标星信息TInfo、观测星信息CInfo和观测约束参数ObsCons，对目标星信息TInfo、观测星信息CInfo和观测约束参数ObsCons进行解析，验证观测合理性；

S2、根据目标星信息TInfo和观测星信息CInfo和观测约束参数ObsCons，筛选获取观测点集合IP(t，p，v)；

S3、对筛选获取的观测点集合IP(t，p，v)，进行距离约束条件DisCons筛选，获得距离观测点集合OP(t，p，v)；

S4、将获取的观测点集合OP(t，p，v)，转换到地球惯性坐标系，获取惯性坐标观测点集合TP(t，p，v)；

S5、通过观测星观测机动约束对惯性坐标观测点集合TP(t，p，v)，进行筛选，获取最优机动进入点OB(t，p，v)；

所述S1中，

所述目标星信息TInfo包括：目标星轨道信息T(t,p,v)、目标星平台机动信息TOMInfo；

和目标星载荷信息TplayLoad；

所述观测星信息CInfo包括：观测星轨道信息C(t,p,v)、观测星平台机动信息COMInfo、观测星载荷信息CplayLoad；

所述S2中筛选获取观测点集合IP(t，p，v)的步骤为：S21、根据目标星轨道信息T(t，p，v)计算相同时刻的太阳位置信息S(t，p，v)和月亮位置信息M(t，p，v)，并获取光照约束条件IllCons；

S22、根据观测星轨道信息C(t，p，v)构建虚拟观测星轨道信息OtmpC(ti，p，v)；

S23、根据目标星轨道信息T(t，p，v)、太阳位置信息S(t，p，v)、月亮位置信息M(t，p，v)和光照约束条件IllCons对虚拟观测星轨道信息OtmpC(ti，p，v)进行筛选，获取满足光照条件的观测点集合IP(t，p，v)；

所述S3中距离观测点集合OP(t，p，v)包括同面观测点集合XOP(t，p，v)和异面观测点集合YOP(t，p，v)；

其中，同面观测点集合XOP(t，p，v)包括的观测点，适用于观测星绕飞，异面观测点集合YOP(t，p，v)包括的观测点，适用于观测星掠飞；

所述S4中获取惯性坐标观测点集合TP(t，p，v)的步骤为：S41、建立目标星轨道信息坐标系到地球惯性坐标系的转换矩阵Q；

S42、通过转换矩阵Q将距离观测点集合OP(t，p，v)转换为地球惯性坐标系下的惯性坐标观测点集合TP(t，p，v)点。

2.根据权利要求1所述的一种考虑约束的观测星轨道机动进入点选择方法，其特征在于：所述S3中的距离约束条件DisCons筛选包括观测距离筛选和安全距离筛选。

说明书

一种考虑约束的观测星轨道机动进入点选择方法

技术领域

[0001] 本发明涉及卫星抵近观测技术领域，尤其涉及一种考虑约束的观测星轨道机动进入点选择方法。

背景技术

[0002] 随着航天技术的高速发展，太空已经成为各国战略竞争与博弈对抗的关键领域。其中，地球同步轨道（GEO）更是关注的重点，地球同步轨道（GEO）附近部署了大量高价值空
间飞行器，包括通信、导航、预警、电子侦察、数据中继、新技术实验等战略卫星；空间态势感
知作为保障太空安全的重要能力，是当前需要提升与发展的热点；态势感知计划卫星
（GSSAP）能够对高轨目标进行长期、精细、实时的观测，及时获取高价值目标的轨道、载荷、
平台等重要信息，为掌握空间技术发展能力提供支持。

[0003] 因此，发展轨道控制领域的新技术、新方法，有利于提高高轨卫星对抗的反应能力；对目标进行某种方式的抵近观测，选择合适的时间范围，进入合适的位置，形成有利的
观测态势是关键。

[0004] 文献《航天器多约束空间抵近掠飞轨迹优化方法》，来源自《空间控制技术与应用》2022年6月第48卷第3期，提到多种基本约束条件，但其重点在方案优化，并没有对进入点优
选做进一步深入研究。

发明内容

[0005] 本发明的目的在于提供一种考虑约束的观测星轨道机动进入点选择方法，实现对观测机动方案的优化选择，获取最佳的观测进入点。

[0006] 本发明的目的可以通过以下技术方案实现：一种考虑约束的观测星轨道机动进入点选择方法，包括以下步骤：

[0007] S1、获取目标星信息TInfo、观测星信息CInfo和观测约束参数ObsCons，对目标星信息TInfo、观测星信息CInfo和观测约束参数ObsCons进行解析，验证观测合理性；

[0008] S2、根据目标星信息TInfo和观测星信息CInfo和观测约束参数ObsCons，筛选获取观测点集合IP(t，p，v)；

[0009] S3、对筛选获取的观测点集合IP(t，p，v)，进行距离约束条件DisCons筛选，获得距离观测点集合OP(t，p，v)；

[0010] S4、将获取的观测点集合IP(t，p，v)，转换到地球惯性坐标系，获取惯性坐标观测点集合TP(t，p，v)；

[0011] 进一步地：所述S1中，

[0012] 所述目标星信息TInfo包括：目标星轨道信息T(t,p,v)、目标星平台机动信息TOMInfo；和目标星载荷信息TplayLoad；

[0013] 所述观测星信息CInfo包括：观测星轨道信息C(t,p,v)、观测星平台机动信息COMInfo、观测星载荷信息CplayLoad。

[0014] 进一步地：所述S2中筛选获取观测点集合IP(t，p，v)的步骤为：

[0015] S21、根据目标星轨道信息T(t，p，v)计算相同时刻的太阳位置信息S(t，p，v)和月亮位置信息M(t，p，v)，并获取光照约束条件IllCons；

[0016] S22、根据观测星轨道信息C(t，p，v)构建虚拟观测星轨道信息OtmpC(ti，p，v)；

[0017] S23、根据目标星轨道信息T(t，p，v)、太阳位置信息S(t，p，v)、月亮位置信息M(t，p，v)和光照约束条件IllCons对虚拟观测星轨道信息OtmpC(ti，p，v)进行筛选，获取观测点
集合IP(t，p，v)。

[0018] 进一步地：所述S3中的距离约束条件DisCons筛选包括观测距离筛选和安全距离筛选。

[0019] 进一步地：所述S3中距离观测点集合OP(t，p，v)包括同面观测点集合XOP(t，p，v)和异面观测点集合YOP(t，p，v)。

[0020] 进一步地：所述S4中获取惯性坐标观测点集合TP(t，p，v)的步骤为：

[0021] S41、建立目标星轨道信息坐标系到地球惯性坐标系的转换矩阵Q；

[0022] S42、通过转换矩阵Q将距离观测点集合OP(t，p，v)转换为地球惯性坐标系下的惯性坐标观测点集合TP(t，p，v)点。

[0023] 进一步地：还包括步骤

[0024] S5、通过观测星观测机动约束对惯性坐标观测点集合TP(t，p，v)，进行筛选，获取最优机动进入点OB(t，p，v)。

[0025] 本发明的有益效果：

[0026] 1、本发明提供一种考虑多种约束的轨道机动进入点选择方法，通过光照约束、观测距离约束筛选出符合基本约束的进入点集合，再通过观测性机动能力，对待选点进行优
化机动方案筛选，最终给出最优进入点选项，通过本方法，能够给出满足约束条件的轨道机
动进入点，且具有一定的通用性，可应用与不同轨道高度的观测进入点选择；同时本方法可
方便迁移到电子侦收载荷、雷达成像载荷，仅需将约束条件进行扩展，增加计算量即可完
成。

[0027] 2、本发明提供一种考虑约束的观测星轨道机动进入点选择方法，对机动进入点选择综合考虑光照条件约束和距离约束和观测星的机动能力，能够为观测星获取较为理想的
抵近观测机动方案，选定最优机动进入点OB(t，p，v)，提高了观测星抵近观测的质量，可以
获取更为理想的观测效果。

[0028] 3、本发明可以针对观测星绕飞和掠飞观测任务的需要，形成不同的观测点集，可以满足观测星观测任务的多样需求，适用范围广。

[0029] 4、本发明采用多步筛选优化与观测星机动能力相结合的方法，将所要执行的任务方案进行约束优化，选出的最优方案具有较高的精确度，实现较好的观测效果，具有较强稳
定性，可以满足在规定时间内使用较低的燃料消耗，实现对目标星的观测，具有较好的使用
价值。

附图说明

[0030] 图1为本发明一种考虑约束的观测星轨道机动进入点选择方法的流程示意图。

具体实施方式

[0031] 下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中表示，其中自始至终相同或类似的符号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附
图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解对本发明的限制。

[0032] 如图1所示，本发明公开一种考虑约束的观测星轨道机动进入点选择方法，包括以下步骤：

[0033] S1、获取目标星信息（TInfo）、观测星信息（CInfo）和观测约束参数（ObsCons），对目标星信息（TInfo）、观测星信息（CInfo）和观测约束参数（ObsCons）进行解析，验证观测合
理性；

[0034] S2、根据目标星信息（TInfo）和观测星信息（CInfo）和观测约束参数（ObsCons），筛选获取观测点集合IP(t，p，v)；

[0035] S3、对筛选获取的观测点集合IP(t，p，v)，进行距离约束条件DisCons筛选，获得距离观测点集合OP(t，p，v)；

[0036] S4、将获取的观测点集合IP(t，p，v)，转换到地球惯性坐标系，获取惯性坐标观测点集合TP(t，p，v)。

[0037] 目标星可以是地球同步轨道（GEO），地球同步轨道（GEO）在太空中处于重要的战略位置，其上多运行着高价值核心太空卫星系统，因此对地球同步轨道（GEO）目标的观测尤为
重要。

[0038] 观测星可以为态势感知卫星（GSSAP），态势感知卫星（GSSAP）通过近距离掠飞或绕飞，能够以较小的燃料消耗实现对地球同步轨道（GEO）的抵近观测，是目前空间开展卫星态
势感知的重要手段，态势感知卫星（GSSAP）抵近地球同步轨道（GEO）实施观测观测，需满足
合适的光照角度和观测距离等诸多条件，这个过程具有很强的约束性，因此需要寻找一种
能满足约束条件，对目标星轨道机动最佳进入点选择方法。

[0039] 首先获取目标星信息（TInfo）和观测星信息（CInfo），目标星信息（TInfo）包括：目标星轨道信息T(t,p,v)、目标星平台机动信息（TOMInfo）；和目标星载荷信息（TplayLoad）；
观测星信息（CInfo）包括：观测星轨道信息C(t,p,v)、观测星平台机动信息（COMInfo）、观测
星载荷信息（CplayLoad）。

[0040] 对目标星信息（TInfo）、观测星信息（CInfo）和观测约束参数（ObsCons）进行解析，通过解析轨道信息和观测约束参数，可以判断观测星对目标星抵近观测的可行性，验证观
测合理性。

[0041] 根据目标星轨道信息T(t，p，v)和观测星轨道信息C(t，p，v)，筛选获取观测点集合IP(t，p，v)，过程为：

[0042] 根据目标星轨道信息T(t，p，v)计算相同时刻的太阳位置信息S(t，p，v)和月亮位置信息M(t，p，v)，并获取光照约束条件（IllCons）；通过太阳位置信息S(t，p，v)和月亮位置
信息M(t，p，v)可以获取太阳光和月亮光约束条件，若使观测星具有对目标星有较佳的观测
及成像的能力，两星相对位置需满足良好的太阳光和月亮光成像光照角度。

[0043] 以太阳光相位角来描述目标星、观测星和太阳的几何关系，观测星与太阳的连线和观测星与目标星连线的夹角为相位角，不同相位角条件下，目标星的亮度信息变化较大。
观测星抵近目标星时的太阳相位角一般保持在40°160°之间，此时目标位于观测星的顺光
~
观测区，可有效规避太阳杂散光对成像的影响，对月亮光的约束也是如此。

[0044] 根据观测星轨道信息构建虚拟观测星轨道信息OtmpC(ti，p，v)，虚拟观测星轨道信息OtmpC(ti，p，v)是在正常观测星轨道信息的基础上，根据观测星的可机动能力，先模拟
观测星抵近目标星的运行轨道，虚拟观测星轨道信息OtmpC(ti，p，v)可以模拟多种抵近观
测情况，便于选取最优的观测点位。

[0045] 再根据目标星轨道信息T(t，p，v)、太阳位置信息S(t，p，v)、月亮位置信息M(t，p，v)和光照约束条件（IllCons）对虚拟观测星轨道信息OtmpC(ti，p，v)进行筛选，获取观测点
集合IP(t，p，v)。

[0046] 此时获取的观测点集合IP(t，p，v)是在满足太阳光相位角约束、月亮光相位角约束等光照约束的条件下获取的IP(t，p，v)。

[0047] 观测星对目标星的观测除了满足上述的光照约束条件（IllCons）外，还可以做进一步的筛选，使观测星与目标星满足距离约束，这需要对观测点集合IP(t，p，v)做进一步的
距离约束条件（DisCons）筛选。

[0048] 对筛选获取的观测点集合IP(t，p，v)进行距离约束条件（DisCons）筛选，获得距离观测点集合OP(t，p，v)。

[0049] 距离约束条件（DisCons）筛选主要包括观测距离筛选和安全距离筛选。

[0050] 观测距离约束是指，观测星的成像相机具有最大观测距离，近距离观测过程中，两星距离不能超过该值。

[0051] 安全距离约束是指，通常观测星与目标星的距离不能过于靠近，观测星需始终位于目标星的安全距离以外。

[0052] 通过距离约束条件（DisCons）筛选后可以获取距离观测点集合OP(t，p，v)，距离观测点集合OP(t，p，v)满足光照约束条件（IllCons）和距离约束条件（DisCons），可以对距离
观测点集合OP(t，p，v)进行进一步的划分，划分为同面观测点集合XOP(t，p，v)和异面观测
点集合YOP(t，p，v)。

[0053] 其中同面观测点集合XOP(t，p，v)包括的观测点，适用于观测星绕飞，异面观测点集合YOP(t，p，v)包括的观测点，适用于观测星掠飞；一般绕飞适用于共面目标，掠飞适用于
异面目标，当两星共面交会时两星的运行倾角小于0.05度，当两星异面交会时则大于或等
于0.05度。

[0054] 观测星对目标星绕飞的轨迹一般为椭圆，是一种持续围绕成像侦察的过程，观测星对目标星掠飞，观测星的轨道一般在目标星下方30 50km处，利用轨道漂移实现对目标的
~
成像侦察。

[0055] 对于获取的距离观测点集合IP(t，p，v)是依据标星轨道信息T(t，p，v)坐标系建立的，为了便于运算和动态展示，将距离观测点集合IP(t，p，v)转换到通用的地球惯性坐标
系，转换可以通过在目标星轨道信息坐标系到地球惯性坐标系的转换矩阵Q；通过转换矩阵
Q将距离观测点集合OP(t，p，v)转换为地球惯性坐标系下的惯性坐标观测点集合TP(t，p，
v)。

[0056] 获取的惯性坐标观测点集合TP(t，p，v)，是满足光照条件和距离约束的观测点集合，根据观测点集合可以形成多种抵近观测方案和多机动进入点。

[0057] 实际运用时需要进一步考虑观测星的机动能力，对惯性坐标观测点集合TP(t，p，v)进行优选，形成一种最优机动进入方案，选取最优的机动进入点OB(t，p，v)。

[0058] 以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其
发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

[0059] 需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方
位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

[0060] 此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三
个等，除非另有明确具体的限定。

[0061] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接或彼此可通讯；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以
是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的
普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

[0062] 在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在
第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示
第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第
一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。