发明内容
本发明的目的是提供一种同一轨道面星座卫星的轨控方法、装置、设备和介质,用于解决现有技术中由于卫星间相位差维持的难度高以及维持的周期短导致消耗更多的卫星燃料的技术问题。
为解决上述技术问题,作为本发明的一个方面,提供了一种同一轨道面星座卫星的轨控方法,包括以下步骤:
同一轨道面的卫星星座首次组网时,在组成卫星星座的卫星中选取一个卫星作为基准星;
控制所述基准星升轨以到达标称轨道高度;
将除所述基准星之外的非基准星与所述基准星之间的相位差控制在对应的目标范围之内;
控制所述非基准星到达的轨道高度低于所述基准星高度,且每个所述非基准星到达的轨道高度与所述标称轨道高度的差值一致,使得每个所述非基准星与所述基准星之间的相位差漂移方向一致。
进一步的,还包括;当所述非基准星与所述基准星之间的相位差与第一边界值的差值大于或等于0且小于第一阈值时,控制所述非基准星升轨以使所述非基准星到达的轨道高度低于所述基准星所在轨道高度且所述非基准星与所述基准星之间的相位差控制在对应的目标范围之内;其中,所述第一边界值为目标范围内的最小值。
进一步的,还包括;当所述非基准星与所述基准星之间的相位差与第二边界值的差值大于或等于0且小于第二阈值时,控制所述非基准星升轨以使所述非基准星到达的轨道高度高于所述基准星所在轨道高度且所述非基准星与所述基准星之间的相位差控制在对应的目标范围之内;其中,所述第二边界值为目标范围内的最大值。
进一步的,还包括:当所述非基准星与所述基准星之间的相位差与第二边界值的差值大于或等于0且小于第二阈值时,控制所述基准星降轨以使所述基准星到达的轨道高度低于所述非基准星所在轨道高度且所述非基准星与所述基准星之间的相位差控制在对应的目标范围之内。
进一步的,当所述非基准星与所述基准星之间的相位差与第一边界值的差值大于或等于0且小于第一阈值时,所述方法还包括:在控制所述非基准星升轨之前,确认所述基准星所在轨道高度与所述标称轨道高度的差值在阈值范围内;若所述基准星所在轨道高度与所述标称轨道高度的差值在阈值范围内,则控制所述基准星升轨以到达所述标称轨道高度,并控制所述非基准星到达的轨道高度低于所述基准星高度,且每个所述非基准星到达的轨道高度与所述标称轨道高度的差值一致,使得每个所述非基准星与所述基准星之间的相位差漂移方向一致。
进一步的,所述将除所述基准星之外的非基准星与所述基准星之间的相位差控制在对应的目标范围之内,包括:将除所述基准星之外的非基准星与所述基准星之间的相位差控制在对应的第一边界值;其中,所述第一边界值为目标范围内的最小值。
进一步的,所述卫星星座包括N颗卫星,包括一颗基准星S1和N-1颗非基准星;按照基准星与非基准星之间的相位差排序N-1颗非基准星,包括:非基准星S2,非基准星S3,…,非基准星SN;所述的非基准星S2,非基准星S3,…,非基准星SN与基准星S1之间的相位差对应的目标范围为:
;
其中,λ为相位差最大偏移量,N为大于1的整数。
作为本发明的第二个方面,提供了一种同一轨道面星座卫星的轨控装置,包括:
选取模块,用于同一轨道面的卫星星座首次组网时,在组成卫星星座的卫星中选取一个卫星作为基准星;
第一控制模块,用于控制所述基准星升轨以到达标称轨道高度;
第二控制模块,用于将除所述基准星之外的非基准星与所述基准星之间的相位差控制在对应的目标范围之内;
第三控制模块,用于控制所述非基准星到达的轨道高度低于所述基准星高度,且每个所述非基准星到达的轨道高度与所述标称轨道高度的差值一致,使得每个所述非基准星与所述基准星之间的相位差漂移方向一致。
作为本发明的第三个方面,提供一种电子设备,包括:
一个或多个处理器;
存储装置,用于存储一个或多个程序;
当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行,使得所述一个或多个处理器实现上述第一方面中任一项所述的方法。
作为本发明的第四个方面,提供一种计算机可读介质,其上存储有计算机程序,所述程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一项所述的方法。
本发明的有益效果是:
本发明在首次星座组网时将基准星升轨到高于其他卫星的高度,后续需要维持卫星间相位差时,制动的的卫星可以只需升轨控制或者只需降轨控制,轨控类型单一,能够减少轨控风险,降低轨控失败率;另外,由于非基准星到达的轨道高度与基准星所在轨道高度的差值一致以及非基准星衰减率一致,非基准星与基准星之间的相位差增大速率一致,非基准星中相邻两卫星的相位差可长期维持在同一个数值附近,解决了现有技术中由于卫星间相位差维持的难度高以及维持的周期短导致消耗更多的卫星燃料的技术问题,不仅能够得到最优的相对相位控制策略,而且能够减少卫星燃料的消耗,这对实际的航天应用具有重要的意义和价值。
具体实施方式
现在将参考附图更全面地描述示例实施例。然而,示例实施例能够以多种形式实施,且不应被理解为限于在此阐述的实施例;相反,提供这些实施例使得本申请将全面和完整,并将示例实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中相同的附图标记表示相同或类似的部分,因而将省略对它们的重复描述。
此外,所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中,提供许多具体细节从而给出对本申请的实施例的充分理解。然而,本领域技术人员将意识到,可以实践本申请的技术方案而没有特定细节中的一个或更多,或者可以采用其它的方法、组元、装置、步骤等。在其它情况下,不详细示出或描述公知方法、装置、实现或者操作以避免模糊本申请的各方面。
附图中所示的方框图仅仅是功能实体,不一定必须与物理上独立的实体相对应。即,可以采用软件形式来实现这些功能实体,或在一个或多个硬件模块或集成电路中实现这些功能实体,或在不同网络和/或处理器装置和/或微控制器装置中实现这些功能实体。
附图中所示的流程图仅是示例性说明,不是必须包括所有的内容和操作/步骤,也不是必须按所描述的顺序执行。例如,有的操作/步骤还可以分解,而有的操作/步骤可以合并或部分合并,因此实际执行的顺序有可能根据实际情况改变。
应理解,虽然本文中可能使用术语第一、第二、第三等来描述各种组件,但这些组件不应受这些术语限制。这些术语乃用以区分一组件与另一组件。因此,下文论述的第一组件可称为第二组件而不偏离本申请概念的教示。如本文中所使用,术语“及/或”包括相关联的列出项目中的任一个及一或多者的所有组合。
本领域技术人员可以理解,附图只是示例实施例的示意图,附图中的模块或流程并不一定是实施本申请所必须的,因此不能用于限制本申请的保护范围。
对于一箭发射的N颗卫星,其轨道高度与相位差不满足需求,且相邻卫星初始的半长轴差异引起的相位差变化率不足以在规定时间内达到标称相位差,所以需要对各星实施轨控。但是,实施轨控都有一定风险,不可避免地消耗星上携带的燃料,所以高效且高精度的首次相位差建立的轨控方法将使卫星的寿命延长,减少控制风险。
根据本发明的第一个具体实施方式,如图1所示,本发明提供一种同一轨道面星座卫星的轨控方法,包括以下步骤:
S11,同一轨道面的卫星星座首次组网时,在组成卫星星座的卫星中选取一个卫星作为基准星。
对于一箭发射的N颗卫星需均匀分布在同一轨道面,即相邻两颗卫星相位差为,且相位差长期漂移范围为±λ。首次建立多星相位差通常是在星座中选择固定的一颗卫星作为基准星,通过轨道控制的方法将其他卫星与该基准星的相位差控制在标称范围内。以N颗卫星中的任意一颗星为基准星,其余N-1颗卫星与基准星的相位差维持范围分别为:
。
S12,控制所述基准星升轨以到达标称轨道高度。
发射后的N颗卫星S1,S2,S3,…,SN,通常需要升轨控制到达标称轨道高度。以卫星S1为基准星,通过升轨控制将基准星S1所在轨道高度抬升至标称轨道高度。
S13,将除所述基准星之外的非基准星与所述基准星之间的相位差控制在对应的目标范围之内。
S14,控制所述非基准星到达的轨道高度低于所述基准星高度,且每个所述非基准星到达的轨道高度与所述标称轨道高度的差值一致,使得每个所述非基准星与所述基准星之间的相位差漂移方向一致。
卫星星座包括N颗卫星,包括一颗基准星S1和N-1颗非基准星。按照基准星与非基准星之间的相位差排序N-1颗非基准星,包括:非基准星S2、非基准星S3、…、非基准星SN。所述的非基准星S2、非基准星S3、…、非基准星SN与基准星S1之间的相位差对应的目标范围为:
;
其中,λ为相位差最大偏移量,N为大于1的整数。
在控制基准星S1到达标称轨道高度后,控非基准星S2、非基准星S3、…、非基准星SN与基准星S1到达的轨道高度低于基准星S1,且每个非基准星到达的轨道高度与所述标称轨道高度的差值一致,使得每个非基准星与基准星S1之间的相位差漂移方向一致,且非基准星S2、非基准星S3、…、非基准星SN与基准星S1之间的相位差在对应的目标范围内。
需要说明的是,卫星星座中的所有卫星一般都处于同一轨道高度,本申请中提到的非基准星与基准星的高度差一般为100m以内,而这个误差高度的卫星可以算是同一轨道高度。所以,非基准星与基准星受到的摄动力影响几乎一致,若其中一颗卫星轨道高度达到临界值,需要对星座中所有的卫星也同样进行高度保持。
进一步地,本发明还可以包括以下步骤:
S15,当所述非基准星与所述基准星之间的相位差与第一边界值的差值大于或等于0且小于第一阈值时,控制所述非基准星升轨以使所述非基准星到达的轨道高度低于所述基准星所在轨道高度且所述非基准星与所述基准星之间的相位差控制在对应的目标范围之内。
其中,所述第一边界值为目标范围内的最小值。第一阈值可以根据任务精度需求,人为设定的一个值,不做具体限定,只要能表征所述非基准星与所述基准星之间的相位差接近(略大于)第一边界值或者等于第一边界值即可。
由于非基准星S2、非基准星S3、…、非基准星SN与基准星S1的相位差维持范围分别为,当相位差达到或略大于对应的目标范围的最小边界值为/>时,即可通过升轨控制非基准星将非基准星的轨道高度控制在接近且低于基准星的轨道高度,以使得非基准星S2、非基准星S3、…、非基准星SN与基准星S1的相位差维持范围分别为,最后使得相邻的两颗卫星之间相位差一致,维持在/>附近。
进一步地,当所述非基准星与所述基准星之间的相位差与第一边界值的差值大于或等于0且小于第一阈值时,在执行步骤S15之前,即在控制所述非基准星升轨之前,判断基准星所在轨道高度与所述标称轨道高度的差值是否在阈值范围内。需要说明的是,每个卫星要求的轨道高度都不一致,这个阈值范围根据用户对卫星的任务需求进行设定。
低轨卫星在轨飞行时会受到大气阻力、太阳光压、地球非球形等摄动力的影响,使得卫星轨道高度不断降低,若用户为卫星轨道高度有要求,则当星座中的任意一颗卫星衰减到高度临界值时,就必须对卫星实施升轨控制以维持轨道高度。
也就是说,若所述基准星所在轨道高度与所述标称轨道高度的差值超过阈值范围,则控制所述基准星升轨以到达所述标称轨道高度,并控制所述非基准星到达的轨道高度低于所述基准星高度,且每个所述非基准星到达的轨道高度与所述标称轨道高度的差值一致,使得每个所述非基准星与所述基准星之间的相位差漂移方向一致。若所述基准星所在轨道高度与所述标称轨道高度的差值在阈值范围内,则执行步骤S15,即在控制所述非基准星升轨
对于卫星星座,卫星轨道高度的衰减量为小量时并不会影响星座的性能,因此对星座构型的维持归结为对卫星间相位的维持。但是,当基准星下降后的轨道与标称轨道高度差距过大时,则需要控制基准星升轨以到所述达标称轨道高度,然后再执行步骤S15。如果基准星所在轨道高度与所述标称轨道高度的差值在阈值范围内,则直接执行步骤S1。
进一步地,本发明还可以包括以下步骤:
S16,当所述非基准星与所述基准星之间的相位差与第二边界值的差值大于或等于0且小于第二阈值时,控制所述非基准星升轨以使所述非基准星到达的轨道高度高于所述基准星所在轨道高度且所述非基准星与所述基准星之间的相位差控制在对应的目标范围之内。
其中,所述第二边界值为目标范围内的最大值。第二阈值可以根据任务精度需求,人为设定的一个值,不做具体限定,只要能表征所述非基准星与所述基准星之间的相位差接近(略小于)第二边界值或者等于第二边界值即可。第二阈值可以与第一阈值相同。
由于非基准星S2、非基准星S3、…、非基准星SN与基准星S1的相位差维持范围分别为,当相位差达到或略小于对应的目标范围的最大边界值为/>时,即可通过升轨控制非基准星将非基准星的轨道高度控制在接近且高于基准星的轨道高度,以使得非基准星S2、非基准星S3、…、非基准星SN与基准星S1的相位差维持范围分别为,最后使得相邻的两颗卫星之间相位差一致,维持在/>附近。
在对卫星高度无要求的情况下,可通过调整基准星来维持相位差。即本发明还可以包括以下步骤:
S17,当所述非基准星与所述基准星之间的相位差与第二边界值的差值大于或等于0且小于第二阈值时,控制所述基准星降轨以使所述基准星到达的轨道高度低于所述非基准星所在轨道高度且所述非基准星与所述基准星之间的相位差控制在对应的目标范围之内。
在首次建立相位差后,非基准星S2、非基准星S3、…、非基准星SN之间的相位差为,始终在维持范围内。当非基准星S2、非基准星SN与基准星S1的相位差增大到时,仅需对基准星S1实施降轨控制,使得基准星S1的高度低于非基准星S2、非基准星S3、…、非基准星SN,那么非基准星S2、非基准星S3、…、非基准星SN与基准星S1的相位差由/>分别减小至对应的目标范围之内。
较优地,将除基准星之外的非基准星与基准星之间的相位差控制在对应的第一边界值。其中,所述第一边界值为目标范围内的最小值。即非基准星S2、非基准星S3、…、非基准星SN与基准星S1之间的相位差在对应的第一边界值为:
。
本发明首次星座组网时,将基准星S1的轨道控制到最高,N-1颗非基准星的轨道高度都低于基准星S1,进而保证N-1颗非基准星相对基准星的相位差漂移方向为递增方向,又将非基准星S2、非基准星S3、…、非基准星SN与基准星S1之间的相位差控制在最小边界值,则可漂移的范围为2λ,漂移范围最大化,增大了维持周期。此外,由于N-1颗非基准星衰减率一致,且N-1颗非基准星与基准星的轨道高度差基本一致,则相位差增大速率一致,即非基准星S2、非基准星S3、…、非基准星SN中相邻两卫星的相位差可长期维持在附近,降低了相位差维持难度。
接下来,以星座卫星数量为4进行举例说明本发明的技术方案。请参考图2,图2展示了相同衰减率的4颗卫星首次相位差建立的星座构型图,以卫星1为基准星,卫星2与卫星1的相位差为90°-λ,卫星3与卫星1的相位差为180°-λ,卫星4与卫星1的相位差为270°-λ(其中,λ为相位差最大偏移量)。由于卫星2、卫星3、卫星4比卫星1轨道高度低,且四星衰减率一致,则3颗卫星与基准星的相位差逐渐增大。若对卫星的轨道高度无要求,那么当卫星2与卫星1的相位差增大至90°+λ,卫星3与卫星1的相位差增大至180°+λ,卫星4与卫星1的相位差增大至270°+λ时(如图3所示),对卫星1实施降轨控制,使得卫星1比卫星2、3、4的轨道高度低,则卫星2、3、4与卫星1的相位差逐渐减小。。
本发明由于首次组网的轨控策略,后续对于相位差维持时,对星座的所有卫星要么只升轨控制,要么只降轨控制,轨控类型单一,能够减少轨控风险,降低轨控失败率。基准星升轨控制到标称高度,在考虑轨控误差的情况下,其余N-1颗卫星轨道高度均低于基准星,即燃料消耗少。
当非基准星S2、非基准星S3、…、非基准星SN与基准星S1的相位差分别增大至时,对非基准星S2、非基准星S3、…、非基准星SN实施升轨控制,且控后轨道高度低于基准星,进而保证非基准星S2、非基准星S3、…、非基准星SN相对基准星S1的相位差漂移方向为递增方向,对轨控误差的容忍度更高。
在对卫星高度无要求的情况下,可通过调整基准星来维持相位差。若对卫星高度无要求,用户只关心星座中相邻卫星的相位差情况,本发明是基于同一衰减率的卫星,在首次建立相位差后,非基准星S2、非基准星S3、…、非基准星SN与基准星S1的相位差分别增大至,可以计算出,相邻非基准星之间的相位差为/>,始终在维持范围内。当非基准星S2、非基准星SN与基准星S1的相位差增大到时,仅需对基准星实施降轨控制,使得基准星的高度低于非基准星,那么非基准星S2、非基准星S3、…、非基准星SN与基准星S1的相位差由分别减小至。
另外,本发明非基准星S2、非基准星S3、…、非基准星SN与基准星S1的相位差控制在对应的边界值,则可漂移的范围为2λ,漂移范围最大化,增大了维持周期。此外,由于N-1颗卫星衰减率一致,若N-1颗卫星与基准星的轨道高度差基本一致,则相位差增大速率一致,即非基准星S2、非基准星S3、…、非基准星SN相邻两卫星的相位差可长期维持在/>附近。
根据本发明的第二个具体实施方式,本发明提供一种同一轨道面星座卫星的轨控装置,采用第一个具体实施方式的方法,如图4所示,该同一轨道面星座卫星的轨控装置400包括:
选取模块410,用于同一轨道面的卫星星座首次组网时,在组成卫星星座的卫星中选取一个卫星作为基准星;
第一控制模块420,用于控制所述基准星升轨以到达标称轨道高度;
第二控制模块430,用于将除所述基准星之外的非基准星与所述基准星之间的相位差控制在对应的目标范围之内;
第三控制模块440,用于控制所述非基准星到达的轨道高度低于所述基准星高度,且每个所述非基准星到达的轨道高度与所述标称轨道高度的差值一致,使得每个所述非基准星与所述基准星之间的相位差漂移方向一致
根据本发明的第三个具体实施方式,本发明提供一种电子设备,如图5所示,图5是根据一示例性实施例示出的一种电子设备的框图。
下面参照图5来描述根据本申请的这种实施方式的电子设备200。图5显示的电子设备200仅仅是一个示例,不应对本申请实施例的功能和使用范围带来任何限制。
如图5所示,电子设备200以通用计算设备的形式表现。电子设备200的组件可以包括但不限于:至少一个处理单元210、至少一个存储单元220、连接不同系统组件(包括存储单元220和处理单元210)的总线230、显示单元240等。
其中,所述存储单元存储有程序代码,所述程序代码可以被所述处理单元210执行,使得所述处理单元210执行本说明书中描述的根据本申请各种示例性实施方式的步骤。例如,所述处理单元210可以执行如图1中所示的步骤。
所述存储单元220可以包括易失性存储单元形式的可读介质,例如随机存取存储单元(RAM)2201和/或高速缓存存储单元2202,还可以进一步包括只读存储单元(ROM)2203。
所述存储单元220还可以包括具有一组(至少一个)程序模块2205的程序/实用工具2204,这样的程序模块2205包括但不限于:操作系统、一个或者多个应用程序、其它程序模块以及程序数据,这些示例中的每一个或某种组合中可能包括网络环境的实现。
总线230可以为表示几类总线结构中的一种或多种,包括存储单元总线或者存储单元控制器、外围总线、图形加速端口、处理单元或者使用多种总线结构中的任意总线结构的局域总线。
电子设备200也可以与一个或多个外部设备200’(例如键盘、指向设备、蓝牙设备等)通信,使得用户能与该电子设备200交互的设备通信,和/或该电子设备200能与一个或多个其它计算设备进行通信的任何设备(例如路由器、调制解调器等等)通信。这种通信可以通过输入/输出(I/O)接口250进行。并且,电子设备200还可以通过网络适配器260与一个或者多个网络(例如局域网(LAN),广域网(WAN)和/或公共网络,例如因特网)通信。网络适配器260可以通过总线230与电子设备200的其它模块通信。应当明白,尽管图中未示出,可以结合电子设备200使用其它硬件和/或软件模块,包括但不限于:微代码、设备驱动器、冗余处理单元、外部磁盘驱动阵列、RAID系统、磁带驱动器以及数据备份存储系统等。
通过以上的实施方式的描述,本领域的技术人员易于理解,这里描述的示例实施方式可以通过软件实现,也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。
因此,根据本发明的第四个具体实施方式,本发明提供一种计算机可读介质。如图6所示,根据本发明实施方式的技术方案可以以软件产品的形式体现出来,该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM,U盘,移动硬盘等)中或网络上,包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行根据本发明实施方式的上述方法。
所述软件产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件,或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括:具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。
所述计算机可读存储介质可以包括在基带中或者作为载波一部分传播的数据信号,其中承载了可读程序代码。这种传播的数据信号可以采用多种形式,包括但不限于电磁信号、光信号或上述的任意合适的组合。可读存储介质还可以是可读存储介质以外的任何可读介质,该可读介质可以发送、传播或者传输用于由指令执行系统、装置或者器件使用或者与其结合使用的程序。可读存储介质上包含的程序代码可以用任何适当的介质传输,包括但不限于无线、有线、光缆、RF等等,或者上述的任意合适的组合。
可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本发明操作的程序代码,所述程序设计语言包括面向对象的程序设计语言—诸如Java、C++等,还包括常规的过程式程序设计语言—诸如“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行、作为一个独立的软件包执行、部分在用户计算设备上部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中,远程计算设备可以通过任意种类的网络,包括局域网(LAN)或广域网(WAN),连接到用户计算设备,或者,可以连接到外部计算设备(例如利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
上述计算机可读介质承载有一个或者多个程序,当上述一个或者多个程序被一个该设备执行时,使得该计算机可读介质实现第一个实施方式的功能。
本领域技术人员可以理解上述各模块可以按照实施例的描述分布于装置中,也可以进行相应变化唯一不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块,也可以进一步拆分成多个子模块。
通过以上的实施例的描述,本领域的技术人员易于理解,这里描述的示例实施例可以通过软件实现,也可以通过软件结合必要的硬件的方式来实现。因此,根据本发明实施例的技术方案可以以软件产品的形式体现出来,该软件产品可以存储在一个非易失性存储介质(可以是CD-ROM,U盘,移动硬盘等)中或网络上,包括若干指令以使得一台计算设备(可以是个人计算机、服务器、移动终端、或者网络设备等)执行根据本发明实施例的方法。
以上仅为本发明的优选实施例而已,并不用于限制本发明,对于本领域的技术人员来说,本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。