利用数值优化技术设计周期性绕飞的编队轨道

考虑非线性和椭圆参考轨道等因素,选择编队卫星周期性绕飞的初始条件,设计自然周期性绕飞轨道,对长期编队飞行是十分必要的。然而利用Hill方程确定初始绕飞条件,设计长期编队飞行的轨道,具有很大的误差。本文在考虑非线性和椭圆参考轨道等因素的条件下,利用数字优化技术寻找周期性绕飞的初始条件,设计不消耗任何燃料的编队卫星轨道。优化的结果可用来研究周期性绕飞轨道必须满足的条件,加强对编队机理的认识。数值仿真结果验证了优化结果的正确性和有效性。     

大椭圆轨道航天器编队飞行相对运动分析

大椭圆轨道航天器在较长轨道周期内运行于远地点上空,因而该轨道多应用于卫星通信、天体观测、空间磁场探测等。上述空间任务所需的多航天器协同运动理论亟待解决。利用运动学方法推导了大椭圆轨道编队的相对运动模型,简要证明了实现长期近距离编队的必要条件,分析了相对轨道根数对线性化模型精度及其动力学特性的影响。仿真结果表明,相对运动模型在轨道远地点处精度较高,适当选择相对轨道根数可设计出满足任务要求的编队轨道。     

考虑J2项摄动的卫星编队飞行

针对参考卫星运行于圆轨道的编队飞行,分析了J2项摄动的影响.在此基础上提出了一种方法,通过调整环绕卫星的半长轴,大大减小了J2项摄动对编队飞行的破坏作用.此外,基于冲量假设估计了编队保持的代价.数值结果表明,调整长半轴的卫星编队可以长期保持,节省了大量的控制燃料.     

基于测高精度最优值的星载分布式InSAR编队构形设计方法

编队构形设计是分布式干涉SAR系统总体设计的关键问题,它必须紧密结合系统性能评价和编队运动规律进行。针对星载分布式干涉SAR的双站、斜视、空间基线等特点,以主星带辅星群分布式InSAR为例,建立干涉测高精度与基线矢量的关系;以直角坐标过渡,建立基线矢量与卫星间轨道根数差的关系,从而建立了测高精度与卫星轨道根数差的关系;以雷达工作的中间时刻达到测高精度最优值为设计准则,得到双星和多星编队设计方法;仿真分析表明根据上述设计方法得到的优化编队构形,其测高性能要优于干涉车轮和干涉钟摆编队。     

四层梯阶控制在卫星编队的应用仿真

研究了四层阶梯控制在卫星编队的控制问题及仿真。利用卫星相对运动的线性方程组和轨道机动算法的基础上,结合卫星任务规划、行为决策、行为规划和操作控制的四层阶梯卫星编队结构,从而建立建立卫星编队绕飞半径的滤波控制。仿真结果表明了四层阶梯控制在卫星编队在上对运动过程中,缩小卫星之间相对距离变换范围,增强卫星编队的稳定性。     

基于相对轨道根数的卫星编队重构控制研究

针对卫星编队的重构控制问题,利用相对轨道根数描述编队构形,结合高斯摄动方程并利用始末编队构形的振幅和相位,设计了沿航迹三次冲量控制和侧向一次控制的方法,实现了卫星编队的重构控制;最后进行了数值仿真,并分析了沿航迹漂移的修正方法。仿真结果验证了控制策略的简单性和有效性。     

基于组合机动的共面绕飞卫星队形保持研究

共面绕飞卫星的相对运动轨迹是一个椭圆,由于卫星受摄动力影响,其编队构形会发生变化.提出一种基于组合机动的队形保持策略,即在Hill轨道坐标系中,通过测量绕飞卫星相对位置,利用切向脉冲推力与径向连续常推力进行组合控制,消除相对运动椭圆中心的相位漂移.考虑地球扁率J2项摄动的影响,在队形保持中引入J2相对摄动加速度以提高控制精度.仿真结果表明,该控制方法能对共面卫星编队的空间构形进行有效保持.     

北斗GEO卫星用户算法的改进方法

针对北斗GEO用户算法需要进行5°倾角的坐标旋转处理这一过程,提出了采用经典广播星历参数用户算法直接解算北斗GEO卫星位置的改进方法,并同时给出了相应的基于第二类无奇点根数的广播星历拟合算法。该算法采用第二类无奇点轨道根数代替经典轨道根数,解决了由GEO轨道的小倾角特性引起的经典广播星历参数拟合过程中法化矩阵奇异的问题。从而避免了北斗GEO用户算法中坐标旋转处理过程,减少了GEO用户算法的计算步骤。仿真表明,提出的改进方法在卫星轨道拟合过程中与原算法精度相当;在卫星轨道外推过程中与原算法相比略有精度损失,但仍满足用户导航定位精度的需求。采用实际北斗GEO星历解算的轨道数据验证了改进算法的有效性。     

北斗GEO卫星用户算法的改进方法研究*

针对北斗GEO用户算法需要进行5?倾角的坐标旋转处理这一过程,本文提出了采用经典广播星历参数用户算法直接解算北斗GEO卫星位置的改进方法,并同时给出了相应的基于第二类无奇点根数的广播星历拟合算法。该算法采用第二类无奇点轨道根数代替经典轨道根数,解决了由GEO轨道的小倾角特性引起的经典广播星历参数拟合过程中法化矩阵奇异的问题。从而避免了北斗GEO用户算法中坐标旋转处理过程,减少了GEO用户算法的计算步骤。经过仿真验证,本文提出的改进方法在卫星轨道拟合过程中与原算法精度相当;在卫星轨道外推过程中与原算法相比略有精度损失,但仍满足用户导航定位精度的需求。最后,采用实际北斗GEO星历解算的轨道数据验证了改进算法的有效性。     

Halo轨道的航天器编队构型设计

针对不同干涉基线约束下的最优Halo轨道编队构型设计方法展开研究。以Richardson关于Halo轨道的三阶近似解析解为基础建立同一轨道上两航天器编队的相对运动学模型;以平动点为质心的旋转坐标系为基准构造与编队主航天器和观测目标相关的旋转坐标系,并在此坐标系中给出不同于二体问题的干涉基线计算方法;以满足基线约束下观测时间最长为目标给出最优编队构型设计方法。最后,以绕日-地L2点的Halo轨道为例对上述编队构型设计方法的有效性进行了仿真验证。     

椭圆轨道上空间飞行器的编队飞行轨道设计

针对椭圆轨道上空间飞行器的编队飞行,基于开普勒轨道方程推导了一组新的相对运动方程,该方程组采用轨道要素表示,可直接用于编队的轨道设计。分析了一些典型的相对运动轨迹及编队轨道的精度,在此基础上,设计了线性编队和垂直圆编队。仿真结果验证了这种方法是有效的。     

大椭圆轨道航天器四面体编队运动分析与设计

若干正处于计划或实施中的空间物理测量任务较多采用运行于大椭圆轨道上的四面体航天器编队协同完成任务轨道段内地球磁层结构和动力学现象的分布式测量与分析。采用基于轨道根数的相对运动模型,分析了参考轨道根数对四面体性能指标——质量因子和平均边长的影响;假设某一航天器运行于参考轨道,提出了以其他三个航天器的15个相对轨道根数为设计变量,目标函数兼顾质量因子和平均边长的四面体优化设计方案,并将其应用于第一阶段MMS任务的四面体构形设计中。仿真结果表明,在不考虑摄动和控制的前提下,通过优化可以得到任务轨道段内四面体性能保持较优的轨道设计方案。     

共面编队飞行卫星星座的控制

共面编队飞行的卫星星座的相对运动轨迹是一个椭圆,但卫星由于受摄动力的影响,其椭圆队形会发生变化。提出了一个简单而又节约燃料的队形保持控制方案,即在Hill轨道坐标系中,通过测量x轴和z轴,利用小推力喷气发动机进行控制,消除椭圆中心的相位漂移和各卫星轨道的不共面。     

Walker星座自主定轨误差分析

通过对Walker星座中卫星间的相对运动进行分析,给出星间相对距离的解析表达式及其对轨道根数的偏导数,直观地描述在同轨道面和异轨道面的星间观测对轨道根数变化的体现情况;根据星座中卫星的相对位置,提出合理的约束条件和平差方法,利用星间测距网实现星座的整网定位;通过仿真算例,比较在不同情况下,采用合适的整网定位方法对轨道根数的系统误差和随机误差修正的情况。     

地心甚高轨道星座构形协同捕获控制策略

针对地心甚高轨道星座构形协同捕获控制问题,基于虚拟编队方法设计了协同捕获控制策略,采用三脉冲燃耗最优轨迹规划算法对构形捕获轨迹进行协同规划;并且结合自适应全程积分滑模控制器对卫星各自转移轨迹进行跟踪控制。以10万km轨道高度的三星星座构形捕获为例进行仿真验证,仿真结果表明:该策略可以有效应用于地心甚高轨道星座构形捕获控制,能够在燃耗较少的情况下使星座中卫星同时到达各自的标称位置,同时具有较高的精度。     

基于Agent的分布式卫星自主构形重构技术

自主构形重构是分布式卫星自主运行的典型任务.将构形重构问题分解为底层控制问题和上层规划问题,给出构形重构问题的统一描述,在一种递阶控制结构中探讨基于Agent的分布式卫星自主构形重构问题,并介绍基于ObjectAgent的实现框架.针对底层控制问题,提出卫星相对运动轨道调整的螺旋控制策略,并对燃料消耗量进行估计;针对上层规划问题,采用拍卖算法完成构形重构位置分配.最后通过一个仿真实例验证基于Agent的分布式卫星自主构形重构的可行性.     

电传操纵系统可靠性分析及飞行安全评估

分析了电传操纵系统可靠性,介绍了可靠性设计的工程方法.建立了飞行员排除故障的数学模型,提出了确定驾驶员排除飞行危险的条件概率的两种方法;在研究人-机闭环系统基础之上,建立了基于马尔可夫链的飞行安全评估模型,提出了由于飞行控制系统故障引起飞行危险的安全评估计算方法.最后以横向通道传感器故障为例对某型飞机进行安全评估.