專利名稱：基于微分修正的深空探測器的軌道設計方法
技術領域：
本發(fā)明涉及深空探測器軌道設計領域，具體涉及基于微分修正的深空探測器的精確軌道設計方法。
背景技術：
深空探測器的精確軌道設計是根據初步設計得到的初值，利用精確的動力學模型和數值方法來求解標稱軌道的過程。其是一個兩點邊值問題，即Lambert問題，目前國內外大多數基于智能優(yōu)化算法和偏導數信息進行微分修正方法計算。其中基于微分修正法的精確軌道設計已經得到廣泛的應用，并且在STK等商業(yè)軟件中得到應用，其中偏導數矩陣的求解大多數采用狀態(tài)轉移的方法，其收斂速度快，但對初值精度要求極高。因此說，設計一種具有較好的精度新的求解偏導數矩陣的方法并且適用于導航計算和誤差分析已勢在必行。深空探測器的初步軌道設計僅采用二體模型和近似方法，其精度并不能滿足飛行任務的要求，精確軌道設計是利用軌道初值在標準動力學模型下求解標稱軌道。國內外大量學者紛紛提出了大量方法，其中基于微分修正的快速求解方法得到廣泛應用，基于微分修正中的偏導數矩陣的求解較為復雜。

發(fā)明內容
本發(fā)明解決了現有的深空探測器的精確軌道設計方法存在對初值精度要求極高、致使軌道設計精度誤差較大的問題，進而提供了一種基于微分修正的深空探測器的軌道設計方法?；谖⒎中拚纳羁仗綔y器的精確軌道確定中利用了一種新的偏導數矩陣求解方法，偏導數矩陣求解方法是一種微分修正。本發(fā)明為解決上述技術問題采取的技術方案是:一種基于微分修 正的深空探測器的軌道設計方法，所述方法的具體過程為:
步驟一、通過遺傳算法或Pork Chop Plots法確定的深空探測器的軌道參數計算初值:主要包括地球逃逸軌道參數、標準參數(BTCI, BK(I, Tttxro),選取地球逃逸軌道的軌道傾角1、軌道半徑rp、軌道初速vp、升焦點赤經Ω和近地點幅角ω為控制參數；下角標“ J表示值；步驟二、根據控制參數為初值在動力學模型下進行軌道數值積分運算，求得終端參數值，終端參數選取B平面參數(BK、Bt)和到達時間Tttjf ；B平面定義為過火星體的質心并垂直于火星探測器進入漸近線的平面，即B平面垂直于火星探測器的無窮遠速度方向(如

圖1所示)，火星探測任務中軌道的目標參數采用B平面坐標系中的B平面參數，其B平面坐標系的原點選在火星中心，記探測器進入軌道漸近線方向的單位矢量為S軸，選取火星赤道的法線方向犮,^和犮的叉乘是T軸，R軸與S軸和T軸構成右手坐標系，SP
權利要求
1.一種基于微分修正的深空探測器的軌道設計方法，其特征在于:所述方法的具體過程為: 步驟一、通過遺傳算法或Pork Chop Plots法確定的深空探測器的軌道參數計算初值:主要包括地球逃逸軌道參數、標準參數(BTCI, Beo, Tttjfci),選取地球逃逸軌道的軌道傾角1、軌道半徑rp、軌道初速vp、升焦點赤經Ω和近地點幅角ω為控制參數；下角標表示值； 步驟二、根據控制參數為初值在動力學模型下進行軌道數值積分運算，求得終端參數值，終端參數選取B平面參數(BK、Bt)和到達時間Tttjf ； B平面定義為過火星體的質心并垂直于火星探測器進入漸近線的平面，即B平面垂直于火星探測器的無窮遠速度方向，火星探測任務中軌道的目標參數采用B平面坐標系中的B平面參數，其B平面坐標系的原點選在火星中心，記探測器進入軌道漸近線方向的單位矢量為S軸，選取火星赤道的法線方向及，及和#的叉乘是T軸，R軸與S軸和T軸構成右手坐標系，即
2.根據權利要求1所述的一種基于微分修正的深空探測器的軌道設計方法，其特征在于:在步驟五中，所述精度要求是指近火點高度誤差在±50m范圍內。
3.根據權利要求1或2所述的一種基于微分修正的深空探測器的軌道設計方法，其特征在于:在步驟一中，選擇近地點和近火點的位置和速度作為深空探測器的初始時刻參數，用Ptl表示，Po通過地球逃逸軌道的五個參數算得；深空探測器的終端參數選擇為目標軌道的傾角、近心距和B平面參數；匕通地球逃逸軌道的五個參數:軌道傾角1、軌道半徑rp、軌道初速Vp、升焦點赤經Ω和近地點幅角ω算得；深空探測器抵達目標區(qū)間的終端參數記做Q，則深空探測器初始狀態(tài)和終了狀態(tài)之間用如下函數來表示，即Q = f(P) 將實際軌道在標稱軌道附近進行泰勒展開后只保留線性項，得 AQ = ΚΔΡ 其中，Λ P是被控制量，偏導數矩陣
4.根據權利要求3所述的一種基于微分修正的深空探測器的軌道設計方法，其特征在于:在步驟二中，所述動力學模型的表達式為:
全文摘要
基于微分修正的深空探測器的軌道設計方法，涉及深空探測器軌道設計領域，具體涉及基于微分修正的深空探測器的精確軌道設計方法。主要步驟通過遺傳算法或Pork Chop Plots法確定的深空探測器的軌道參數計算初值；根據控制參數為初值在精確動力學模型下進行軌道數值積分運算，求得終端參數值；計算得到的參數值與標準參數進行比較，獲得參數偏差量，從而求得新的控制參數；利用新的控制參數重新對動力學模型進行軌道積分運算，得到新的終端參數值偏差；重復上述過程，直到終端參數滿足精度要求。本發(fā)明將將偏導數矩陣分解成三部分，并給出了具體表達形式，計算得到新的軌道參數精度滿足任務要求，本發(fā)明的偏導數矩陣適用于導航計算和誤差分析等不同的需求。
文檔編號G06F17/50GK103198187SQ20131011286
公開日2013年7月10日 申請日期2013年4月2日 優(yōu)先權日2013年4月2日
發(fā)明者耿云海, 羅紅吉, 陳雪琴, 孫亞輝, 束磊, 潘小彤 申請人:哈爾濱工業(yè)大學