由GTO至日地共线平动点的转移轨道设计方法、装置及介质.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115906455A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211419795.0(22)申请日2022.11.14(71)申请人哈尔滨工业大学地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区西大直街92号(72)发明人李化义安诗宇吴凡韦明川奚瑞辰(74)专利代理机构西安维英格知识产权代理事务所(普通合伙)61253专利代理师沈寒酉宋东阳(51)Int.Cl.G06F30/20(2020.01)G06F111/04(2020.01)权利要求书3页说明书10页附图6页(54)发明名称由GTO至日地共线平动点的转移轨道设计方法、装置及介质(57)摘要本发明实施例公开了一种由GTO至日地共线平动点的转移轨道设计方法、装置及介质；该方法包括：根据日‑地质心会合坐标系下的航天器动力学方程以及势函数，计算获得和平动点周围的Halo轨道相连的不变流形；以地球同步转移轨道为地球停泊轨道构建约束变量，以Halo轨道为目标轨道构建控制变量，并利用最小二乘微分修正法对控制变量进行修正；基于设定的约束条件和性能指标，从符合约束条件的转移轨道中选择最优性能的转移轨道所对应的最优HOI点；根据最优HOI点，分析控制变量和停泊轨道约束变量之间的关系，构建用于确定多约束轨道设计的控制变量初值的构建微分修正初值表达式；根据微分修正初值表达式利用多级微分修正法得到满足多个约束的转移轨道。CN115906455ACN115906455A权利要求书1/3页1.一种由GTO至日地共线平动点的转移轨道设计方法，其特征在于，所述方法包括：根据日‑地质心会合坐标系下的航天器动力学方程以及势函数，计算获得和平动点周围的Halo轨道相连的不变流形；以地球同步转移轨道为地球停泊轨道构建约束变量，以Halo轨道为目标轨道构建控制变量，并利用最小二乘微分修正法对控制变量进行修正；基于设定的约束条件和性能指标，从符合所述约束条件的转移轨道中选择最优性能的转移轨道所对应的最优HOI点；根据所述最优HOI点，分析控制变量和停泊轨道约束变量之间的关系，构建用于确定多约束轨道设计的控制变量初值的微分修正初值表达式；根据所述微分修正初值表达式利用多级微分修正法得到满足多个约束的转移轨道。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述以地球同步转移轨道为地球停泊轨道构建约束变量，以Halo轨道为目标轨道构建控制变量，并利用最小二乘微分修正法对控制变量进行修正，包括：设在地心惯性系下停泊轨道逃逸点TTI处的状态向量为XIf＝[rIf；vIf]，日‑地质心会合坐标系下TTI点处的状态为Xf＝[ref；vef]；地球半径为RE，则地球停泊轨道根数满足下式所示：TT其中，ref＝[xf‑1+μ,yf,zf]，rf＝[xf,yf,zf]，是日地质心会合坐标系下TTI点的状态量，refxy是rf在日‑地质心会合坐标系平面的分量；考虑航迹角、轨道高度、轨道倾角、升交点赤经四个约束，以Halo轨道入轨点HOI处的三TT轴速度增量和转移时间作为自由变量C＝[ΔVHOI,tf]＝[ΔVx,ΔVy,ΔVz,tf]构建目标函数其中，约束变量D＝[γhia]T，下标d表示约束的期望值；以设定的初始自由变量Cj并对所述目标函数进行一阶泰勒展开，得到Jacobian矩阵2CN115906455A权利要求书2/3页利用最小二乘微分修正法对控制变量C进行修正，得到下式：其中，k是下山因子，初值设置为1。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于设定的约束条件和性能指标，从符合所述约束条件的转移轨道中选择最优性能的转移轨道所对应的最优HOI点，包括：将一个周期的Halo轨道按照积分时间均分为多个子部分，每个子部分对应一个HOI点；以每个HOI点对应的不变流形为初值，仅考虑近地点轨道高度和飞行路径角两个约束，通过经过所述对控制变量C的修正计算式，得到符合约束条件的转移轨道；定义性能指标为J＝λ1ΔV+λ2tf，并计算每个转移轨道的性能指标，其中，λ1和λ2是权重系数，ΔV是转移所需的总速度增量大小；将所述性能指标最小值对应的HOI点确定为所述最优HOI点。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述根据所述最优HOI点，分析控制变量和停泊轨道约束变量之间的关系，构建用于确定多约束轨道设计的控制变量初值的构建微分修正初值表达式，包括：以所述最优HOI点，在设定的速度增量范围内等间隔进行z向速度增量，获得多个z向速度增量值ΔVz；对于每个z向速度增量值ΔVz，通过改变在日‑地质心会合坐标系平面的速度分量增量值ΔVxy，经过所述对控制变量C的修正计算式获得满足近地点轨道高度约束的候选转移轨道；根据所有候选转移轨道对应的HOI点三轴速度增量、α角、β角、轨道倾角i和