(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210630454.1 (22)申请日 2022.06.06 (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 叶东　张庆泽　尹龙逊　肖岩　 (74)专利代理 机构 哈尔滨华夏松花江知识产权 代理有限公司 23213 专利代理师 时起磊 (51)Int.Cl. G06F 30/20(2020.01) G06F 111/04(2020.01) (54)发明名称 一种航天器 掠飞观测的在轨优化方法 (57)摘要 一种航天器掠飞观测的在轨优化方法， 本发 明涉及航天器掠飞观测的在轨优化方法。 本发明 的目的是为了解决具有多个角度约束的掠飞观 测模型较为复杂、 约束难以同时满足， 同时观测 点位选取具有不确定性的问题。 过程为： 1： 成像 部位角度约束； 2： 太阳光约束； 3： 姿态角速度约 束； 4： 观测距离约束； 5： 安全距 离约束； 6： 选用优 化变量， 优化指标， 将1的成像部位角度约束， 2的 太阳光约束， 3的姿态角速度约束， 4的观测距离 约束， 5的安全距离约束作为该优化过程中的非 线性约束， 通过SQP算法求解该优化问题， 得到优 化指标， 即速度增量取最小值时对应的各个优化 变量的具体取值。 本发明用于航天器掠飞观测的 在轨优化领域。 权利要求书3页 说明书7页 附图6页 CN 114970180 A 2022.08.30 CN 114970180 A 1.一种航天器掠飞观测的在轨优化方法， 其特 征在于： 所述方法具体过程 为： 步骤1： 成像部位角度约束； 步骤2： 太阳光约束； 步骤3： 姿态角速度约束； 步骤4： 观测距离约束； 步骤5： 安全距离约束； 步骤6： 选用优化变量， 优化指标， 将步骤1的成像部位角度约束， 步骤2的太阳光约束， 步骤3的姿态角速度约束， 步骤4的观测距离约束， 步骤5的安全距离约束作为该优化过程中 的非线性约束， 通过SQP算法求解该优化问题， 得到优化指标， 即速度增量取最小值时对应 的各个优化变量的具体取值。 2.根据权利要求1所述一种航天器掠飞观测的在轨优化方法， 其特征在于： 所述步骤1 中成像部位角度约束； 具体过程 为： 定义目标星成像坐标系如下： 原点位于目标星B的质心处， z轴指向任务要求成像部位 方向， y轴指向目标星B轨道运行 方向， x轴与y轴 、 z轴构成右手系； 引入角度变量α 、 β； β 为相机开机时刻两星相对位置矢量与目标星成像坐标系xy平面的夹角， α 为两星相对 位置矢量在目标星成像坐标系xy平面的投影与目标星成像坐标系x轴的夹角， 则任一空间 点表示为： 所述两星为观测卫星和目标星； R为观测卫星对目标星的初始 观测距离； 定义空间锥1、 2如下： 空间锥1表示为满足对目标特定部位成像的任务需求， 需使观测卫星的相对轨迹始终 位于锥1内， 锥1空间范围通过设定半锥角确定； 空间锥2表示为具有对目标成像的功能， 即满足规定的成像光照角， 需使观测卫星的相 对轨迹始终位于锥 2内， 锥2空间范围通过设定最大成像光照角确定； 则观测卫星相机开机点具有角度变量约束： 0＜α ＜ π π/2‑Image_parts_angel_max＜β ＜ π/2+Ima ge_parts_angel_max 其中Image_parts_angel_max为保证观测卫星相机开机点具有对目标特定部位成像能 力的最大角度， 即空间锥1的半锥角； 为对目标的特定部位进行观测成像， 需满足观测卫星A在观测过程中始终位于空间锥1 内： 其中， Image_parts_angel为观测过程中两星相对位置矢量与成像部位轴线方向的夹 角； Image_parts_angel_max为保证观测卫星相机具有对目标特定部位成像 能力的最大角 度， 即空间锥1的半锥角； 为两星相对位置矢量， 为任一位于成像部位轴线方向的向权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 114970180 A 2量， 为两星相对距离， 为成像部位轴线向量的模。 3.根据权利要求1或2所述一种航天器掠飞观测的在轨优化方法， 其特征在于： 所述步 骤2中太阳光约束； 具体过程 为： 任务要求tT时对目标进行观测， 初始时刻目标星B运行于GEO轨道， 观测卫星A从停泊点 处开始机动， 使观测卫星A于tT时通过Lambert变轨机动至步骤一中的开机点， 观测卫星A与 目标星B的初始 观测距离为R； 设A′s为观测时段内具有对目标 成像能力的最大光照角度的空间位置， 则太阳光约束要 求： 其中， Sun_angel为观测过程中两星相对位置矢量与太阳方向最大夹角， Sun_angel_max 为保证观测卫星相机开机点具有对目标成像能力的最大光照角度， 即空间锥2的半锥角； 为具有最大成像光照角时两星相对距离矢量， 为太阳相对目标星B的位置矢量， 为两 星相对距离， 为太阳相对目标星B的距离 。 4.根据权利要求3所述一种航天器掠飞观测的在轨优化方法， 其特征在于： 所述步骤3 中姿态角速度约束； 具体过程 为： 观测卫星A 观测时段内 需满足姿态角速度约束， 要求： 其中， delta_t 为观测卫星A实际掠飞观测窗口时长， delta_t ＝tOFF‑tON， tOFF为观测卫星 A成像相机的关机时刻， tON为观测卫星A成像相机的开机时刻， 为开机时刻两星相对位 置矢量， 为关机时刻两星相对位置矢量， 为开机时刻两星相对距离， 为关机时刻 两星相对距离， ∠B为 与 的夹角， O mega_A_max为观测卫星A最大姿态机动角速度。 5.根据权利要求4所述一种航天器掠飞观测的在轨优化方法， 其特征在于： 所述步骤4 中观测距离约束： 具体过程 为： 观测卫星A轨迹与观测卫星A成像相机在开机点D的速度为 将观测卫星A观测时段内 的掠飞轨迹近似为直线， 正交分解为 与 需保证观测时段内AB最大距离始终小 于观测卫星A的最大观测半径Distance_AB_max， 即： 权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 114970180 A 3