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申请/专利权人：中电普信(北京)科技发展有限公司

摘要：本发明提出了一种近圆轨道上飞行器水滴构型相对运动变轨方法及系统，涉及飞行器变轨技术领域。该方法可以第一步实现追踪飞行器按照给定的水滴构型上沿径向和径向相对距离要求，抵近到目标飞行器下方；第二步解算追踪飞行器实现水滴构型控制的相对运动轨迹方向切换点时刻，也是实现水滴悬停控制的变轨时刻；第三步解算实现水滴悬停构型的变轨控制量。该方法基于数值积分，不仅可采用高精度动力学模型获得高精度的计算结果，并且迭代求解的收敛过程的稳定快速，适用于实际工程任务中的变轨方案设计。

主权项：1.一种近圆轨道上飞行器水滴构型相对运动变轨方法，其特征在于，包括如下步骤：设定目标飞行器和追踪飞行器的初始轨道参数，并根据所述初始轨道参数给定水滴悬停构型上沿径向相对距离以及水滴悬停构型上沿迹向相对距离；基于所述水滴悬停构型上给定的径向相对距离和所述水滴悬停构型上给定的沿迹向相对距离作为迭代约束条件，确定追踪飞行器第一次变轨速度增量大小、第二次变轨时刻、第二次变轨速度增量大小以及第二次变轨后飞行时间；基于追踪飞行器第三次变轨时刻沿迹向相对距离作为迭代约束条件，确定追踪飞行器第三次变轨时刻；基于追踪飞行器第三次变轨后飞行时间结束时刻沿迹向相对距离和追踪飞行器第三次变轨后飞行时间结束时刻径向相对距离作为迭代约束条件，确定水滴悬停构型的变轨控制量，其中，所述变轨控制量包括追踪飞行器第三次变轨速度增量大小和追踪飞行器第三次变轨后飞行时间；在基于所述水滴悬停构型上给定的径向相对距离和所述水滴悬停构型上给定的迹向相对距离作为迭代约束条件，确定追踪飞行器第一次变轨速度增量大小、第二次变轨时刻、第二次变轨速度增量大小以及第二次变轨后飞行时间的步骤中，还包括：预设第二次变轨时刻飞行器的径向相对速度为给定径向相对速度，预设第二次变轨时刻追踪飞行器迹向相对速度为给定迹向相对速度，基于所述给定径向相对速度和所述给定迹向相对速度，确定追踪飞行器第一次变轨速度增量大小、第二次变轨时刻、第二次变轨速度增量大小以及第二次变轨后飞行时间；包括：111）根据目标飞行器和追踪飞行器的初始轨道参数，设定目标飞行器和追踪飞行器的初始轨道，根据所述初始轨道外推所述目标飞行器至终点时刻；112）设定追踪飞行器第一次变轨速度增量大小迭代初值，在追踪飞行器初始时刻施加瞬时速度增量；113）设定追踪飞行器第二次变轨时刻迭代初值，追踪飞行器外推至第二次变轨时刻；114）若第二次变轨时刻追踪飞行器的第一实时径向相对速度不为零，根据第一实时径向相对速度和给定径向相对速度的偏差生成第二次变轨时刻修正量，修正第二次变轨时刻；修正量的计算采用牛顿迭代法；115）重复第113）~114）步，直到第一实时径向相对速度和给定径向相对速度的偏差小于0.01ms；116）设定第二次变轨速度增量大小迭代初值，在第二次变轨时刻施加瞬时速度增量；117）设定追踪飞行器第二次变轨后飞行时间迭代初值，追踪飞行器外推至第二次变轨后飞行时间结束时刻；118）若第二次变轨后飞行时间结束时刻追踪飞行器的第二实时径向相对速度不为零，根据第二实时径向相对速度和给定径向相对速度的偏差生成第二次变轨后飞行时间结束时刻修正量，修正第二次变轨后飞行时间；119）重复117）~118）步，直到第二次变轨后飞行时间结束时刻第二实时径向相对速度和给定径向相对速度的偏差小于0.01ms；120）计算第二次变轨后飞行时间结束时刻追踪飞行器沿实时迹向相对位置和实时径向相对位置，若实时迹向相对位置和给定的迹向相对距离之差不为零以及若实时径向相对位置和给定的径向相对距离之差不为零，则根据其偏差生成第一次变轨速度增量大小的修正量和第二次变轨速度增量大小的修正量，修正第一次变轨和第二次变轨的速度增量大小；121）重复112）~120）步，直到第二次变轨后飞行时间结束时刻追踪飞行器的实时径向相对位置和给定的径向相对距离的偏差以及实时径向相对位置和给定的径向相对距离的偏差小于0.1m；在基于追踪飞行器第三次变轨时刻沿迹向相对距离作为迭代约束条件，确定追踪飞行器第三次变轨时刻的步骤中，包括：210）设定追踪飞行器第三次变轨时刻迭代初值，追踪飞行器外推至第三次变轨时刻；211）若第三次变轨时刻追踪飞行器沿迹向的实时相对位置和给定的追踪飞行器第三次变轨时刻沿迹向相对距离的偏差不为零，则根据第三次变轨时刻追踪飞行器沿迹向的实时相对位置和给定的追踪飞行器第三次变轨时刻沿迹向相对距离的偏差生成第三次变轨时刻修正量，修正第三次变轨时刻，直到沿迹向相对位置偏差小于0.1m；在基于追踪飞行器第三次变轨后飞行时间结束时刻沿迹向相对距离和追踪飞行器第三次变轨后飞行时间结束时刻径向相对距离作为迭代约束条件，确定水滴悬停构型的变轨控制量的步骤中，包括：311）设定第三次变轨速度增量大小迭代初值，在第三次变轨时刻施加瞬时速度增量；312）设定追踪飞行器第三次变轨后飞行时间迭代初值，追踪飞行器外推至第三次变轨后飞行时间结束时刻；313）计算第三次变轨后飞行时间结束时刻追踪飞行器径向相对速度和沿迹向相对位置，若第三次变轨后飞行时间结束时刻追踪飞行器径向相对速不为零，沿迹向相对位置与水滴悬停构型上沿沿迹向相对位置给定值的偏差不为零，根据径向相对速度和沿迹向相对位置偏差，生成第三次变轨速度增量大小和变轨后飞行时间的修正量，修正第三次变轨速度增量大小和变轨后飞行时间；314）重复311）~313）步，直到第三次变轨后飞行时间结束时刻追踪飞行器径向相对速度偏差小于0.01ms，沿迹向相对位置与水滴悬停构型上沿沿迹向相对位置给定值的偏差小于0.1m。

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