专利名称：基于微分修正的深空探测器的轨道设计方法
技术领域：
本发明涉及深空探测器轨道设计领域，具体涉及基于微分修正的深空探测器的精确轨道设计方法。
背景技术：
深空探测器的精确轨道设计是根据初步设计得到的初值，利用精确的动力学模型和数值方法来求解标称轨道的过程。其是一个两点边值问题，即Lambert问题，目前国内外大多数基于智能优化算法和偏导数信息进行微分修正方法计算。其中基于微分修正法的精确轨道设计已经得到广泛的应用，并且在STK等商业软件中得到应用，其中偏导数矩阵的求解大多数采用状态转移的方法，其收敛速度快，但对初值精度要求极高。因此说，设计一种具有较好的精度新的求解偏导数矩阵的方法并且适用于导航计算和误差分析已势在必行。深空探测器的初步轨道设计仅采用二体模型和近似方法，其精度并不能满足飞行任务的要求，精确轨道设计是利用轨道初值在标准动力学模型下求解标称轨道。国内外大量学者纷纷提出了大量方法，其中基于微分修正的快速求解方法得到广泛应用，基于微分修正中的偏导数矩阵的求解较为复杂。
发明内容
本发明解决了现有的深空探测器的精确轨道设计方法存在对初值精度要求极高、致使轨道设计精度误差较大的问题，进而提供了一种基于微分修正的深空探测器的轨道设计方法。基于微分修正的深空探测器的精确轨道确定中利用了一种新的偏导数矩阵求解方法，偏导数矩阵求解方法是一种微分修正。本发明为解决上述技术问题采取的技术方案是:一种基于微分修 正的深空探测器的轨道设计方法，所述方法的具体过程为:
步骤一、通过遗传算法或Pork Chop Plots法确定的深空探测器的轨道参数计算初值:主要包括地球逃逸轨道参数、标准参数(BTCI, BK(I, Tttxro),选取地球逃逸轨道的轨道倾角1、轨道半径rp、轨道初速vp、升焦点赤经Ω和近地点幅角ω为控制参数；下角标“ J表示值；步骤二、根据控制参数为初值在动力学模型下进行轨道数值积分运算，求得终端参数值，终端参数选取B平面参数(BK、Bt)和到达时间Tttjf ；B平面定义为过火星体的质心并垂直于火星探测器进入渐近线的平面，即B平面垂直于火星探测器的无穷远速度方向(如
图1所示)，火星探测任务中轨道的目标参数采用B平面坐标系中的B平面参数，其B平面坐标系的原点选在火星中心，记探测器进入轨道渐近线方向的单位矢量为S轴，选取火星赤道的法线方向犮,^和犮的叉乘是T轴，R轴与S轴和T轴构成右手坐标系，SP
权利要求
1.一种基于微分修正的深空探测器的轨道设计方法，其特征在于:所述方法的具体过程为: 步骤一、通过遗传算法或Pork Chop Plots法确定的深空探测器的轨道参数计算初值:主要包括地球逃逸轨道参数、标准参数(BTCI, Beo, Tttjfci),选取地球逃逸轨道的轨道倾角1、轨道半径rp、轨道初速vp、升焦点赤经Ω和近地点幅角ω为控制参数；下角标表示值； 步骤二、根据控制参数为初值在动力学模型下进行轨道数值积分运算，求得终端参数值，终端参数选取B平面参数(BK、Bt)和到达时间Tttjf ； B平面定义为过火星体的质心并垂直于火星探测器进入渐近线的平面，即B平面垂直于火星探测器的无穷远速度方向，火星探测任务中轨道的目标参数采用B平面坐标系中的B平面参数，其B平面坐标系的原点选在火星中心，记探测器进入轨道渐近线方向的单位矢量为S轴，选取火星赤道的法线方向及，及和#的叉乘是T轴，R轴与S轴和T轴构成右手坐标系，即
2.根据权利要求1所述的一种基于微分修正的深空探测器的轨道设计方法，其特征在于:在步骤五中，所述精度要求是指近火点高度误差在±50m范围内。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于微分修正的深空探测器的轨道设计方法，其特征在于:在步骤一中，选择近地点和近火点的位置和速度作为深空探测器的初始时刻参数，用Ptl表示，Po通过地球逃逸轨道的五个参数算得；深空探测器的终端参数选择为目标轨道的倾角、近心距和B平面参数；匕通地球逃逸轨道的五个参数:轨道倾角1、轨道半径rp、轨道初速Vp、升焦点赤经Ω和近地点幅角ω算得；深空探测器抵达目标区间的终端参数记做Q，则深空探测器初始状态和终了状态之间用如下函数来表示，即Q = f(P) 将实际轨道在标称轨道附近进行泰勒展开后只保留线性项，得 AQ = ΚΔΡ 其中，Λ P是被控制量，偏导数矩阵
4.根据权利要求3所述的一种基于微分修正的深空探测器的轨道设计方法，其特征在于:在步骤二中，所述动力学模型的表达式为:
全文摘要
基于微分修正的深空探测器的轨道设计方法，涉及深空探测器轨道设计领域，具体涉及基于微分修正的深空探测器的精确轨道设计方法。主要步骤通过遗传算法或Pork Chop Plots法确定的深空探测器的轨道参数计算初值；根据控制参数为初值在精确动力学模型下进行轨道数值积分运算，求得终端参数值；计算得到的参数值与标准参数进行比较，获得参数偏差量，从而求得新的控制参数；利用新的控制参数重新对动力学模型进行轨道积分运算，得到新的终端参数值偏差；重复上述过程，直到终端参数满足精度要求。本发明将将偏导数矩阵分解成三部分，并给出了具体表达形式，计算得到新的轨道参数精度满足任务要求，本发明的偏导数矩阵适用于导航计算和误差分析等不同的需求。
文档编号G06F17/50GK103198187SQ20131011286
公开日2013年7月10日 申请日期2013年4月2日 优先权日2013年4月2日
发明者耿云海, 罗红吉, 陈雪琴, 孙亚辉, 束磊, 潘小彤 申请人:哈尔滨工业大学