理论教育 目标观测轨迹的设计与优化

目标观测轨迹的设计与优化

时间:2023-07-16 理论教育 版权反馈
【摘要】:由上面关于椭圆轨道周期相对运动轨迹特性的分析可知,一般情况下相对轨迹为不规则的空间曲线,而且描述它的方程形式较为复杂。因此必须对编队构型进行设计。如前所述,自然相对轨迹通常为不规则空间曲线,于是问题变为寻找可能存在的规则的自然相对轨道。

目标观测轨迹的设计与优化

由上面关于椭圆轨道周期相对运动轨迹特性的分析可知,一般情况下相对轨迹为不规则的空间曲线,而且描述它的方程形式较为复杂。对于航天器编队飞行等基于航天器相对运动的空间任务,所需求的不仅仅是稳定的编队空间构型(稳定的相对轨道),还要求编队构型能有助于达成任务目标。以小卫星绕飞监测任务为例,即要求小卫星运行的相对轨道能实现对目标星的环绕飞行,这甚至是任务的根本前提。因此必须对编队构型进行设计。

一般编队构型可分为两种,即自然构型与受迫构型,前者不需要消耗额外的能量。如前所述,自然相对轨迹通常为不规则空间曲线,于是问题变为寻找可能存在的规则的自然相对轨道。一种思路是将所期望的规则轨迹设为已知,列写相应的含参数方程,再结合周期相对运动解析解式(2-108)求解未知参数,从而得到规则的相对运动轨迹方程。但是,这种方法带有一定的盲目性,而且求解参数并不方便。

观察式(2-108),同时注意到由经典轨道动力学,航天器轨道真近点角和偏近点角之间的关系为

式中:η=

式(2-153)等价于(www.daowen.com)

将式(2-154)代入式(2-108),可得

则式(2-155)可简化为

式(2-164)是另一种参数化的周期相对运动解,其形式较式(2-108)和式(2-111)更加直观,更便于自然编队构型的设计。必须指出的是,由式(2-156)~式(2-163)定义的8个参数只有5个是相互独立的。由式(2-164)可以很容易看出几种规则的相对运动轨迹,下面作具体分析。

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