【正文】 138 ? 基于分段離散序列控制策略的星座保持控制過程 139 謝謝觀看 /歡迎下載 BY FAITH I MEAN A VISION OF GOOD ONE CHERISHES AND THE ENTHUSIASM THAT PUSHES ONE TO SEEK ITS FULFILLMENT REGARDLESS OF OBSTACLES. BY FAITH I BY FAITH 。 137 分段離散序列控制策略 ? 每一時段只有一顆衛(wèi)星進行位置保持控制，所有衛(wèi)星構(gòu)型維持時間作為一次控制周期，確保每個周期實現(xiàn)對所有衛(wèi)星的位置保持。 4. 保證衛(wèi)星軌道修正對星座性能影響最小。 2. 構(gòu)型保持應保證各衛(wèi)星燃料消耗的一致性。 136 ? 任務(wù)需求 1. 同時控制的衛(wèi)星數(shù)目應該保證星座對目標區(qū)域服務(wù)性能的穩(wěn)定性和連續(xù)性。 2. 根據(jù)構(gòu)型保持特定任務(wù)需求設(shè)計底層反饋控制，消除星座衛(wèi)星的軌跡偏差。 ? 在星座設(shè)計中應該避免選擇共振影響強烈的衛(wèi)星軌道或者選擇那些具有較高回歸周期的弱共振軌道。 （共振軌道：衛(wèi)星平運動和地球自轉(zhuǎn)角速度成簡單整數(shù)比） 如 GPS軌道就是 2:1的共振軌道，其軌道沿跡角存在長周期項，沿跡角穩(wěn)定性較差。 132 ? 對于圓軌道衛(wèi)星，在 地球扁率 J2項攝動影響下，軌道半長軸偏差和傾角 偏差導致的衛(wèi)星升交點赤經(jīng) 和沿跡角的 長期變化與時間的關(guān)系如下： ? 若在該時間段內(nèi)，攝動力的影響所引入的偏差量分別為 ，則消除該主要攝動力對衛(wèi)星軌道長期影響線性部分所需要的軌道半長軸和傾角的初始偏置量為 ? 攝動補償后，衛(wèi)星的軌道半長軸和傾角的初始參數(shù)為 133 攝動補償策略計算過程 134 攝動補償適用性條件分析 ? 要求衛(wèi)星軌道具有良好的長期效應，長周期項的影響不能太劇烈。 130 參數(shù)偏置攝動補償策略 ? 目的：通過提高星座構(gòu)型的穩(wěn)定能力，降低星座保持控制的頻率。 129 ? 如果衛(wèi)星存在初始偏差，則初始偏差將會加速星座構(gòu)型破壞，增加對星座性能影響的程度。 126 ? 定義沿跡角為近地點幅角和平近點角之和 ? 主要攝動力對衛(wèi)星軌道穩(wěn)定度的影響主要表現(xiàn)在升交點赤經(jīng)漂移和沿跡角漂移，可以 用升交點赤經(jīng)和沿跡角的漂移來描述衛(wèi)星星座的構(gòu)型穩(wěn)定性。 ?太陽輻射壓力攝動，只存在長周期影響而無長期影響。 125 ? 從攝動對衛(wèi)星軌道的影響來看： ?地球非球形引力攝動對軌道半長軸、偏心率和傾角沒有長期影響，而對于升交點赤經(jīng)、近地點幅角和平近點角存在長期攝動。 ?從攝動量級來看，地球非球形引力攝動中的扁率攝動的影響最大，約 104~105量級。 124 環(huán)境攝動影響 ? 影響衛(wèi)星星座構(gòu)型穩(wěn)定性的主要攝動源包括地球重力場攝動、日月三體引力攝動、大氣阻力攝動和太陽輻射壓力攝動等。 ?星座任務(wù)的需求發(fā)生改變，包括目標區(qū)域或者性能要求等因素的變化，從而導致需要在已有構(gòu)型基礎(chǔ)上，重新設(shè)計滿足新任務(wù)需求的星座構(gòu)型。 122 星座構(gòu)型重構(gòu)控制 ? 為什么要重構(gòu)？ ?星座部署結(jié)束后，星座構(gòu)型的完整性將會受到衛(wèi)星可靠性的影響，從而導致星座性能的下降。 121 自主保持示例 ? 美國部署的第三代 GPS衛(wèi)星中， BLOCK IIR衛(wèi)星能夠在與地面測控站聯(lián)絡(luò)中斷的非常條件下自主工作 180天之久，而系統(tǒng)性能不受影響，導航精度達到 6m。 120 星座構(gòu)型保持的目標 ? 星座構(gòu)型保持控制的目標 ：在保證星座性能穩(wěn)定性和連續(xù)性的約束下，保持星座中的衛(wèi)星站位，同時盡量減少推進劑的消耗、降低星座運行維持成本和星座構(gòu)型保持控制的復雜度。 ? 對于星座構(gòu)型保持，主要是從星座性能的角度而不是單顆衛(wèi)星性能來進行星座構(gòu)型保持控制。反之，一旦衛(wèi)星相對于標稱位置的漂移超過了這個容許范圍，就認為星座穩(wěn)定性受到了破壞，需要對星座進行構(gòu)型保持控制。 118 ? 在進行構(gòu)型保持控制時衛(wèi)星需要暫停服務(wù)，從而影響了星座性能的穩(wěn)定性和連續(xù)性，因此，星座設(shè)計時需要對這種情況加以考慮，使得衛(wèi)星在相對于標稱位置的一定范圍內(nèi)運行都能滿足性能要求。 117 ? Galileo導航星座在主要攝動的長期影響下，如果不進行星座構(gòu)型保持控制，經(jīng)過 10年，星座中衛(wèi)星之間的相對位置發(fā)生了劇烈的變化，其導航性能惡化，從而導致星座失效。 ?1個赤道軌道面， 8顆衛(wèi)星，軌道高度 780 km 混合軌道星座 116 ?混合軌道星座 ?Ellipso系統(tǒng) ?BOREALISTM 子系統(tǒng)包含 10顆衛(wèi)星，分布在 2個傾角為 的橢圓軌道上，遠地點和近地點高度分別為 7605 km和 633 km ?CONCORDIATM 子系統(tǒng)是一個包含 7顆衛(wèi)星的赤道軌道平面，軌道高度為 8050 km 星座保持技術(shù) ? 星座構(gòu)型穩(wěn)定性 ?初始入軌誤差 ?運行期間的軌道攝動微小差異 導致星座中衛(wèi)星之間的相對位置不斷的發(fā)生偏移，從而導致星座構(gòu)型失衡和星座性能的下降，甚至發(fā)生星間碰撞。和 108186。)S a t 1S a t 6S a t 3S a t 5S a t 4S a t 2114 赤道軌道星座 ?赤道軌道星座 ?N顆衛(wèi)星在特定高度的赤道軌道面上均勻分布 115 ?混合軌道星座 ?Orbm系統(tǒng) ?3個傾角 45186。 解 ：軌道面數(shù)量 P = 2，每軌道面衛(wèi)星數(shù)量 S = 10 / 2 = 5，相位因子 F = 0，因此 因為 則 n的可能取值為 3和 4 m的可能取值為 2/ 4/ 6/5和 8/5 NewICO系統(tǒng)的玫瑰星座標識為 (10, 2, (2/5, 4/5, 6/5, 8/5)) m o d ( , ) m o d ( 5 , 2 ) 0 2 / 5m S P F m m n? ? ? ? ? ?0 ( 1 ) / 0 2 9m N S n? ? ? ? ? ?108 例 續(xù) 衛(wèi)星編號 λj γj m = 2/5 m = 4/5 m = 6/5 m = 8/5 SAT1 0 0 0 0 0 SAT2 180 72 144 216 288 SAT3 0 144 288 72 216 SAT4 180 216 72 288 144 SAT5 0 288 216 144 72 SAT6 180 0 0 0 0 SAT7 0 72 144 216 288 SAT8 180 144 288 72 216 SAT9 0 216 72 288 144 SAT10 180 288 216 144 72 109 共地面軌跡星座 ?共地面軌跡星座 ?共地面軌跡星座是一類特殊的星座，星座中所有衛(wèi)星沿相同的地面軌跡運動 ?共地面軌跡星座的軌道面升交點在赤道平面內(nèi)的分布不一定是均勻的 ? 星座中的衛(wèi)星在特定服務(wù)區(qū)域的上空相對密集，從而提升區(qū)域覆蓋性能 110 ?共地面軌跡星座 ?為保證衛(wèi)星 i 和衛(wèi)星 j 有相同的地面軌跡， 需要滿足以下關(guān)系 式中 ?s 是衛(wèi)星的飛行角速度 s a t . i?i?js a t . j? ?? γa?e//e a S? ? ? ?? ? ?111 ?共地面軌跡星座 ?雖然星座的所有衛(wèi)星沿相同的地面軌跡飛行，但地球的自轉(zhuǎn)仍可能導致地面軌跡沿著赤道移動 ?為使得地面軌跡與地面保持相對固定的狀態(tài)，共地面軌跡星座應該采用回歸 (recursive)或準回歸 (quasirecursive)軌道 ?回歸 /準回歸軌道是衛(wèi)星的星下點軌跡在 M個恒星日，圍繞地球旋轉(zhuǎn) L圈后重復的軌道（ M和 L都是整數(shù)） 112 ?共地面軌跡星座 回歸 /準回歸軌道的軌道周期 Ts 衛(wèi)星在軌角速度 因為 有 ?? 和 ?γa之間滿足簡單的線性關(guān)系 /seT T M L??/se LM????//e a S? ? ? ?? ? ?/a LM??? ? ? ?113 ?共地面軌跡星座 1 8 0 1 2 0 6 0 0 6 0 1 2 0 1 8 0 9 0 6 0 3 003 06 09 0L o n g i t u d e ( 176。 T (hour) 5 5 1 6 6 4 7 7 5 8 8 6 9 9 7 10 10 8 11 11 4 12 3 1/4, 7/4 13 13 5 14 7 11/2 15 3 1/5, 4/5, 7/5, 13/5 106 ?Ballard玫瑰星座 ?玫瑰星座與 Delta星座的等價關(guān)系 Delta星座的相位因子 F與玫瑰星座額達協(xié)因子 m滿足如下關(guān)系 即相位因子 F是協(xié)因子 m與 S(每軌道面衛(wèi)星數(shù)量 )乘積的模 P(軌道平面數(shù)量 )余數(shù) m o d ( , )?F m S P107 玫瑰星座示例 例 NewICO星座系統(tǒng)采用表示為 10/2/0的 Delta星座結(jié)構(gòu)。) αmin (186。) h (km), El=10186。) 1 SAT11 0 0 SAT12 0 120 SAT13 0 240 2 SAT21 120 40 SAT22 120 160 SAT23 120 280 3 SAT31 240 80 SAT32 240 200 SAT33 240 320 99 ?Walker Delta星座 ?最優(yōu) Delta星座 T P F i (186。 軌道高度 軌道傾角 Delte星座示例 98 例子 續(xù) 衛(wèi)星的初始參數(shù)如下表 軌道序號 衛(wèi)星序號 升交點經(jīng)度 (186。 相鄰軌道面相鄰衛(wèi)星間的相位差為 360186。 軌道面內(nèi)相鄰衛(wèi)星間的相位差為 360186。 解 : 星座相鄰軌道面的升交點經(jīng)度差為 360186。N)。假設(shè)初始時刻，星座第一顆衛(wèi)星位于 (0186。) h (km), EL=10176。) ?1(186。 ?覆蓋帶設(shè)計方法仍然適用 ?極軌道星座的設(shè)計方程需要進行擴展，加入 傾角因素，以適用于近極軌道 近極軌道星座 89 ?近極軌道星座 ?近極軌道星座中，順行和逆行軌道面間的升交點經(jīng)度差 和 分別為 式中， 和 分別對應極軌道星座順行和逆行軌道面間的升交點經(jīng)度差 11222 2a r c s in ( s in / s in )c o s c o sa r c c