王洋, 刘莹莹, 黄河, 周军

(西北工业大学 精确制导与控制研究所, 陕西 西安 710072)

0 引言

完全自主轨道保持可以有效降低卫星的运行成本,提高卫星应对突发事件的能力[1]。我国研发的二代北斗导航星座由MEO,GEO,IGSO三种卫星组成,其中MEO卫星多达24颗,如果能够实现MEO卫星的自主轨道保持,则可以极大地提高星座的工作能力,同时降低维护成本。具有完全自主轨道保持能力的卫星必须具有完全自主的导航与轨道控制。

天文导航是真正意义上的完全自主导航,轨道外推导航或者GPS导航都不是完全的自主导航。轨道外推导航需要定期注入轨道初值,所以不是完全的自主导航,GPS卫星BLOCKⅡR利用轨道外推的方式进行自主导航,可以实现180天用户测距误差优于6 m,缺点是在无地面站导航数据的情况下,缺乏时间基准,误差不断累积,难以实现长时间自主运行[2]。GPS导航受制于GPS系统,也不是完全的自主导航方式,且主要适用于LEO轨道[3]。天文导航虽然是完全自主导航,但是精度低,位置误差接近1 km(1σ)[4],PRISMA项目中利用高精度GPS导航实现自主轨道保持,导航的位置与速度误差分别优于10 cm(1σ)与1 mm/s(1σ)[5]。

国内外对于自主轨道控制也进行了许多的研究,Mclnnes提出了一种基于位函数的环状星座自主轨道控制方法[6],这种方法的缺点是推力器需要产生连续的推力。Junhua Xiang等提出了一种利用轨道要素之间的线性关系,间接补偿相位以及升交点赤经的漂移[7],但是并未讨论导航误差以及初始入轨偏差的影响。

本文对二代北斗导航星座中MEO卫星相对相位的自主轨道保持问题进行了研究。……