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.     

基于STK的小卫星编队飞行仿真

随着信息技术与小型化技术的飞速发展与应用,小卫星编队飞行使航天领域出现了新的生机.小卫星有研制周期短、成本低、抗摧毁能力强等优点.通过多颗小卫星编队可以实现与一颗大卫星相媲美的功能,并且可广泛应用于三维立体成像,地面运动目标检测,导航定位等领域.因此,在对基于STK的小卫星编队飞行机理研究的基础上,设计了几种编队模式并进行了仿真研究.     

超低轨道卫星摄动特性分析及轨道维持方法

针对超低轨道卫星长时间在轨飞行的轨道维持问题,分析了超低轨道平均偏心率矢量变化特性,提出了一种超低轨道维持的控制方法。分析了J2、J3摄动以及大气阻力摄动作用下超低轨道卫星偏心率矢量的变化特性;基于能量守恒原理设计了超低轨道高度维持的控制策略;通过仿真算例验证了控制策略的有效性。结果表明:在地球非球形引力摄动、大气阻力摄动和速度脉冲作用下超低轨道平均偏心率的变化是稳定的,所设计的轨道维持方法不仅能够实现超低轨道高度维持,确保平均偏心率矢量收敛至平衡位置,且用于轨道维持的燃料消耗合理,能够满足长时间的超低轨道飞行要求。     

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。     

微小卫星编队飞行轨道动力学及相对位置保持控制方法

微小卫星编队飞行是20世纪90年代中、后期出现的航天新概念,它是通过一组群聚卫星的协同工作完成相应的空间任务,具有广阔的应用前景。对微小卫星编队飞行的轨道动力学建模进行了详细研究,并应用势函数方法推导了用于卫星编队飞行相对位置保持的连续控制律及离散控制律。     

基于改进LQR的近地轨道编队卫星鲁棒控制*

为了解决编队卫星在近地空间复杂力学环境,特别是地球非球形摄动作用下构型易发散的问题,给出了一种基于改进线性二次型调节器(LQR)的鲁棒的编队卫星构型控制方法。该方法先估计近地空间编队卫星构型设计时由未建模摄动力引起的误差最大有界范围,再利用误差最大有界范围的二范数改进经典的LQR方法,提高经典LQR控制器在控制编队卫星构型时的鲁棒性。为了评价改进方法的有效性,还给出了一种鲁棒性强弱的量化评判标准。仿真结果表明,改进的方法可以大大提高经典LQR方法的鲁棒性,增强编队卫星控制方法对各种不确定项的抵御能力。     

基于改进线性二次型调节器的近地轨道编队卫星鲁棒控制

为解决编队卫星在近地空间复杂力学环境特别是地球非球形摄动作用下构型易发散的问题,给出一种基于改进线性二次型调节器的编队卫星构型控制方法。该方法先估计近地空间编队卫星构型设计时由未建模摄动力引起的误差最大有界范围,再利用误差最大有界范围的二范数改进经典的线性二次型调节器控制方法,提高经典线性二次型调节器控制器在控制编队卫星构型时的鲁棒性。为评价改进方法的有效性,给出了一种鲁棒性强弱的量化评判标准。仿真结果表明,改进的方法可以大大提高经典线性二次型调节器方法的鲁棒性,增强编队卫星控制方法对各种不确定项的抵御能力。     

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。     

编队卫星碰撞因素分析

为了便于更准确地进行编队卫星碰撞检测和预报,对影响星间碰撞概率的因素进行了归纳和讨论.给出了编队卫星碰撞概率计算公式,并从Hill方程推导了离散差分方程,建立Kalman滤波器,用于估计编队飞行状态.在此基础上,对引起编队卫星发生碰撞的模型误差、测量误差、故障和意外因素四个方面进行了分析.最后,针对各因素设置了典型仿真想定并进行了仿真,仿真结果显示控制器常开故障是影响最大的因素,工程应用中需要针对它进行专门的防碰撞方案研究.     

美国空间发展公司研制小型导弹预警卫星

美国空间发展公司(SpaceDev)正在研制微型试验性导弹预警卫星．用于探测和跟踪助推段及中段飞行的弹道导弹。2004年3月,国防部授予该公司一项为期5年、价值4300万美元的合同,以实施“微型卫星分布式传感验证”计划。据SpaceDev公司称．该计划包括设计、制造和运行由3颗编队飞行微型卫星组成的星群．以跟踪助推段及中段飞行的弹道导弹。星上传感器由空间动力学实验室制造。     

基于Hill方程的编队卫星群运动分析与轨道设计

从Hill方程出发 ,研究了绕飞轨道的性质及编队卫星群的轨道设计方法。从三方面对绕飞轨道进行了描述 :坐标平面投影 ,与坐标平面的夹角 ,绕飞轨道根数。编队卫星群的轨道设计分两步进行 :先求基本环绕卫星的轨道根数 ;再求其它环绕卫星的轨道根数。仿真结果表明 ,此方法适用于编队飞行的初步设计     

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。     

基于卫星编队序列图像的摄影测量

在现代卫星摄影测量中,由多颗小卫星组成的卫星编队具有比单颗卫星更优越的性能,能提供更高的空间分辨率和时间分辨率。卫星编队拍摄的序列图像可组成多轨道区域网,通过区域网光束法平差解算就可以获得目标点坐标。介绍了几种适于卫星摄影测量的卫星编队,讨论了影响卫星摄影测量精度的几个因素,给出了仿真实验结果,所得结论可为发展基于卫星编队的摄影测量提供参考。     

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。     

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。     

MEO非共振轨道导航星座摄动补偿控制

针对我国新一代全球导航星座长期构型维持控制问题,提出了MEO星座构型状态描述方法,分析了主要摄动力和轨道参数偏差作用下的星座构型演化规律,结合实测数据对稳定性规律进行了验证;研究了参数偏置摄动补偿控制原理,提出了一种改进的解耦控制方案,分析了星座部署时间对摄动补偿控制量的影响规律,得到了一些有益的关键性结论,为我国全球导航系统的星座构型设计和运控策略制定奠定了基础。     

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。     

基于大气阻力的卫星编队构形沿航迹模糊控制方法

大气摄动会造成近地轨道卫星编队构形产生沿航迹方向漂移。面质比直接决定了大气阻力引起的长半轴衰减,因此可以通过调整面质比实现对构形沿航迹漂移的控制。以构形绕飞中心的漂移距离和编队卫星长半轴差作为输入量,以面质比改变量作为控制量,研究了编队构形沿航迹模糊控制方法。设计了输入量的模糊语言变量和模糊控制规则;根据Mamdani模糊推理算法进行模糊推理;以面积中心法实现了控制量解模糊化。仿真结果表明,对于文中给定的算例,沿航迹漂移距离能够控制在20m之内。对于构形存在初始误差的情况下,该方法也具有较好的控制效果。     

弹载高冲击一体化子母弹子弹飞行姿态测量系统

为了测试获取子母弹爆炸抛撒后的子弹飞行姿态,采用基于M EM S惯性测量组合与动态存储测试技术相结合的方法来测试子母弹子弹的飞行姿态,对系统的组成、工作原理和主要关键技术的实现途径进行了详细的介绍。系统以M EM S三维角速度和三维加速度的惯性测量组合为姿态敏感元件,一体化的子母弹子弹飞行姿态测量记录器主要由FLA SH存储器、FPGA为中心控制器及多通道高速12位模数转换器等组成。记录器具有多通道、低功耗、体积小、大容量、高精度及嵌入子弹内部随子弹飞行测量等优点。系统试验结果表明:该系统能够准确获取子弹从抛撒到中靶的整个过程的姿态数据。     

基于卷积神经网络的卫星网络协调态势评估方法

为充分发掘利用海量卫星网络数据,提高决策效率,加强空间频轨资源获取与储备的分析手段,尤其是对地球静止轨道资源的协调获取问题,提出基于机器学习算法的卫星网络态势评估策略。通过对卫星网络协调因素进行特征分析,选择卷积神经网络(Convolution Neural Network, CNN)为目标算法模型,并建立算法模型的训练数据集及Label规则,采用分裂信息增益度量方法对数据进行降维处理,建立CNN评估模型,并进行了验证分析。结果表明,CNN模型对卫星网络协调态势评估问题测试的正确率高达80%以上,具有较高的评估效能。随着数据量的增多,CNN评估效果逐步提升,是一种在卫星网络协调态势分析、资源储备的有效评估方法。