專利名稱：一種大偏心率軌道的星上快速高精度外推方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大偏心率軌道的星上方法，屬于衛(wèi)星軌道技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
航天器在空間的運(yùn)動(dòng)軌跡稱為航天器的軌道，通過(guò)高精度的外推計(jì)算可以得到航天器在過(guò)去、當(dāng)前和未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)任一時(shí)刻的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)?；鹦翘綔y(cè)器處于星際飛行，飛行距離最大達(dá)到4億公里，相比地球衛(wèi)星和月球探測(cè)器，火星探測(cè)器面臨星地距離遠(yuǎn)、時(shí)延大和長(zhǎng)時(shí)間日凌等問(wèn)題，火星探測(cè)器對(duì)GNC的自主性提出了更高要求。因此，星上高精度軌道計(jì)算和軌道外推非常重要。求解衛(wèi)星軌道動(dòng)力學(xué)方程主要有數(shù)值法和解析法兩種方法。數(shù)值方法解算精度高，但存在計(jì)算量大以及星上計(jì)算機(jī)復(fù)位或切機(jī)時(shí)數(shù)值積分將會(huì)中斷的弊端；由于火星探測(cè)器任務(wù)軌道為大偏心率(e > O. 6)橢圓軌道，解析方法也不適用。目前有 文獻(xiàn)利用精密軌道提供的探測(cè)器位置擬合切比雪夫多項(xiàng)式系數(shù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)圓軌道的星上軌道計(jì)算，但該方法用于大偏心率橢圓軌道時(shí)將會(huì)帶來(lái)較大的擬合誤差。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的技術(shù)解決問(wèn)題是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種大偏心率軌道的星上快速高精度外推方法，解決原來(lái)星上軌道外推算法擬合誤差大的問(wèn)題，從而提高星上軌道外推計(jì)算的精度。本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種大偏心率軌道的星上快速高精度外推方法，所述大偏心率指e > O. 6的橢圓軌道，包括以下步驟(I)在地面求解大偏心率橢圓軌道的精密軌道與二體軌道的X，Y，Z三軸位置差，之后利用切比雪夫多項(xiàng)式擬合法擬合得到切比雪夫多項(xiàng)式系數(shù)；所述精密軌道是指衛(wèi)星實(shí)際運(yùn)行的軌道，由地面測(cè)軌提供，二體軌道是指衛(wèi)星只受目標(biāo)天體中心引力作用下的理想軌道，由理論計(jì)算得到；所述擬合過(guò)程求解如下(I. I)首先將時(shí)間t e [to, At]變換成τ e [-1，I],變換公式為Γ = "Ζ "(卜,。)_1，t e [to，t0+At](I)其中h為開(kāi)始?xì)v元，At為擬合時(shí)間區(qū)間的長(zhǎng)度，τ為標(biāo)準(zhǔn)化的時(shí)間變量；(I. 2)將大偏心率橢圓軌道的精密軌道與二體軌道的三軸位置差的X，Y，Z分量采用如下切比雪夫多項(xiàng)式表示
耶)=1 7: (O
=0< 沖)=
/=O
ZiO^CzTi(T)
L -O(2 )
三軸速度差X, Y,之分量表示為
權(quán)利要求
1.一種大偏心率軌道的星上快速高精度外推方法，所述大偏心率指e > O. 6的橢圓軌道，其特征在于它包括以下步驟 (I)在地面求解大偏心率橢圓軌道的精密軌道與二體軌道的X，Y，Z三軸位置差，之后利用切比雪夫多項(xiàng)式擬合法擬合得到切比雪夫多項(xiàng)式系數(shù)；所述精密軌道是指衛(wèi)星實(shí)際運(yùn)行的軌道，由地面測(cè)軌提供，二體軌道是指衛(wèi)星只受目標(biāo)天體中心引力作用下的理想軌道，由理論計(jì)算得到；所述擬合過(guò)程求解如下 (I· I)首先將時(shí)間t e [t0, t0+ Δ t]變換成τ e [-1,1],變換公式為
全文摘要
一種大偏心率軌道的星上快速高精度外推方法，火星探測(cè)器任務(wù)軌道為大偏心率(e＞0.6)橢圓軌道，采用數(shù)值積分方法，要做到較高精度的軌道計(jì)算，需要考慮較高階次的火星形狀攝動(dòng)以及其他各種攝動(dòng)因素影響，從而導(dǎo)致計(jì)算量較大，若星上計(jì)算機(jī)復(fù)位或切機(jī)，數(shù)值積分方法將會(huì)中斷；解析法只適用于偏心率較小(e＜0.6)的橢圓軌道；利用精密軌道提供的探測(cè)器位置擬合切比雪夫多項(xiàng)式系數(shù)，將會(huì)帶來(lái)較大的擬合誤差。本發(fā)明通過(guò)引入精密軌道與二體軌道的位置差，利用位置差擬合切比雪夫多項(xiàng)式系數(shù)，可以很好地解決大偏心率橢圓軌道的星上軌道計(jì)算問(wèn)題，計(jì)算量小，且精度高。
文檔編號(hào)G01C21/20GK102878997SQ20121040915
公開(kāi)日2013年1月16日 申請(qǐng)日期2012年10月24日 優(yōu)先權(quán)日2012年10月24日
發(fā)明者黃翔宇, 胡少春, 王大軼, 張斌 申請(qǐng)人:北京控制工程研究所