一种超长时间尺度在轨任务窗口高精度预报方法与流程

本发明涉及一种超长时间尺度在轨任务窗口高精度预报方法，属于可重复使用空天飞行器在轨任务规划领域。

背景技术：

1、可重复使用空天飞行器是一类新型的近地轨道飞行器，穿梭跨越大气层、往返于天地之间，飞行器兼顾航天、航空飞行器双重特性。随着空间技术的快速发展与空间应用的不断拓展，各航天大国相继研制大量面向各种任务需求的空天飞行器，提出了大量新概念计划，系统组成口趋复杂、任务口益多样、性能水平不断提升，自主性要求越来越高。其中，在轨任务规划对飞行器适应任务的灵活能力、优越的时间和空间覆盖能力、高可靠和生存能力等提出了更高要求，代表了航天领域发展的重要方向，引起航天界的极大关注，同时也孕育了许多新的应用概念，成为航天领域研究与应用的前沿。

2、可重复使用空天飞行器的在轨时间较长且在轨任务复杂，任务需考虑光照、测控、能源、导航等多重约束，对快速响应性、可靠性要求越来越高，主要需求包括：

3、(1)在具体发射日期未确定的情况下，对全程飞行期间的任务可执行窗口进行高精度预报，确定以年为单位的长期任务窗口分布，用于协调全国测控资源与全国其他航天器任务时间；

4、(2)在更换初始轨道条件和约束后，快速获得在轨任务相关动作流程执行的日期和环境条件，为飞控实施工作提供支撑。

5、现有在轨任务窗口预报方法通常针对特定初始轨道条件和约束，对未来1个月以内开展满足任务精度要求的预报，暂无长期高精度预报能力，需提出一种长期高精度在轨任务窗口预报方法，实现全国测控资源与其他航天器任务时间统筹安排的目标。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是：克服现有技术的不足，解决了长期高精度在轨任务窗口预报问题。

2、本发明目的通过以下技术方案予以实现：

3、一种超长时间尺度在轨任务窗口高精度预报方法，即一种基于轨道面运动及轨道面内光照条件地理分布解耦的窗口预报方法，该方法具有精度高、计算量小的优点。具体包括：

4、(1)确定任务窗口约束输入，包括：任务单圈需求时间最小值、太阳与轨道面的夹角范围、飞行器平台顺光/阴影需求、飞行器平台光学设备月球光照入射角最小值、地基测控区域的纬度最小值、共轨空间目标的光照角最大值；

5、(2)指定发射入轨条件，明确在轨任务窗口预报的utc时刻和该时刻对应的轨道六根数，明确需要预报的时间长度；

6、(3)确定飞行器轨道预报分辨率；

7、(4)按照飞行器轨道预报分辨率，进行飞行器轨道面预报和飞行器轨道面内光照条件分布预报；

8、(5)按照飞行器轨道预报分辨率，进行日月轨道预报；

9、(6)根据飞行器轨道、日/月轨道预报结果，计算包括beta角、飞行器平台光照/阴影条件、飞行器平台光学设备月球光照入射角、共轨空间目标的光照角；

10、(7)判断上一步计算的所有条件结果是否满足任务窗口每项约束，若均满足则该日期具备任务实施条件，否则该日期不具备任务实施条件；

11、(8)在窗口预报的时间长度内，计算每天是否具备任务实施条件，即获取全部的任务窗口。

12、本发明相比于现有技术具有如下有益效果：

13、(1)本发明突破了不确定发射日期条件下的以年为单位的在轨任务窗口高精度预报技术，实现了对未来1～2年满足任务实施精度要求的窗口预报。

14、(2)本发明可以同时处理1～6种光照/测控约束，实现复杂在轨任务的窗口预报。

15、(3)本发明针对轨道面内时间与相位映射不确定难题，提出地理纬度分布特性统计方法，实现了不确定相位初值的轨道面内参数的高精度预报。

16、(4)本发明方法提出的每天计算轨道面参数及1圈轨道特性的方法，相比于全程轨道计算，在满足任务预报精度要求的情况下，计算量仅为其1/15，大大降低了算力需求。

17、(5)本发明对比实际飞行数据，预报精度优于3天/年。

技术特征：

1.一种超长时间尺度在轨任务窗口高精度预报方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的超长时间尺度在轨任务窗口高精度预报方法，其特征在于，任务窗口约束包括：任务单圈需求时间最小值、太阳与轨道面的夹角范围、飞行器平台顺光/阴影需求、飞行器平台光学设备月球光照入射角最小值、地基测控区域的纬度最小值、共轨空间目标的光照角最大值。

3.根据权利要求1所述的超长时间尺度在轨任务窗口高精度预报方法，其特征在于，发射入轨条件包括：在轨任务窗口预报的utc时刻和该时刻对应的轨道六根数、预报的时间长度。

4.根据权利要求1所述的超长时间尺度在轨任务窗口高精度预报方法，其特征在于，beta角的计算方法如下：

5.根据权利要求1所述的超长时间尺度在轨任务窗口高精度预报方法，其特征在于，飞行器平台光照/阴影条件计算方法为：

6.根据权利要求1所述的超长时间尺度在轨任务窗口高精度预报方法，其特征在于，共轨空间目标的光照角计算方法为：

7.根据权利要求1所述的超长时间尺度在轨任务窗口高精度预报方法，其特征在于，按照飞行器轨道预报分辨率，进行日/月轨道预报，具体包括：

8.根据权利要求1所述的超长时间尺度在轨任务窗口高精度预报方法，其特征在于，飞行器平台光学设备月球光照入射角计算方法如下：

9.根据权利要求1所述的超长时间尺度在轨任务窗口高精度预报方法，其特征在于，该预报方法每天计算轨道面参数及1圈轨道特性。

10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序指令，所述计算机程序指令在由处理器加载并运行时，使所述处理器执行如权利要求1至9中任一项所述的方法。

技术总结
一种超长时间尺度在轨任务窗口高精度预报方法，包括以下步骤：(1)确定任务窗口约束输入；(2)指定发射入轨条件，明确在轨任务窗口预报的UTC时刻和该时刻对应的轨道六根数，明确需要预报的时间长度；(3)确定飞行器轨道预报分辨率；(4)进行飞行器轨道面预报和飞行器轨道面内光照条件分布预报；(5)进行日月轨道预报；(6)计算包括beta角、飞行器平台光照/阴影条件、飞行器平台光学设备月球光照入射角、共轨空间目标的光照角；(7)判断上一步计算的所有条件结果是否满足任务窗口每项约束，若均满足则该日期具备任务实施条件，否则该日期不具备任务实施条件；(8)在窗口预报的时间长度内，计算每天是否具备任务实施条件，即获取全部的任务窗口。

技术研发人员：张春阳,刘菲,张建英,张月玲,朱如意,刘刚,尤志鹏
受保护的技术使用者：北京宇航系统工程研究所
技术研发日：
技术公布日：2024/2/29