火星环绕器姿轨控制误差对高分相机像质的影响

火星环绕器绕火飞行,轨道是大椭圆轨道。高分相机是火星环绕器的有效载荷之一,在其轨道上对火拍摄,其成像质量除与自身参数相关外,还与姿轨控制误差有很大关系。为了实现对火星的高分辨率拍摄,本文对姿轨控制误差与相机成像质量的关系进行了研究。首先,分析了火星环绕器姿轨控制对高分相机像移的影响模型;然后,利用平行光管、动态目标模拟器搭建试验验证平台,通过地面测试设备仿真环绕器平台参数。设置动态目标模拟器产生速度随姿轨参数变化的动态目标,为相机提供拍摄目标。相机实时进行像移计算,并拍摄成像。试验结果表明,当测轨精度不大于1 km时,测速精度不大于1 m/s时,能保证相机动态MTF值下降不超过10%。采用高精度的姿轨控制可保证高分相机在轨成像质量的要求。

近圆轨道控制的分析方法

应用卫星绝大部分都是近圆轨道的卫星 ,其中又有很多是需要进行轨道控制的。在航天工程的实践中由于各种误差影响 ,实际的轨道控制过程并不是而且也没有必要基于精确的轨道动力学方程来执行。对于近圆轨道控制所用的动力学模型可以按圆轨道进行近似 ,得到一种非常简单的形式 ,基于这种简化的模型可以获得非常有用的分析解。为了从理论上证明这种简化的有效性 ,文中对动力学模型简化过程中所产生的各项误差进行了理论估计。

对异面椭圆轨道目标航天器的长期绕飞轨迹设计与控制

研究了绕飞卫星对异面椭圆轨道目标航天器进行长时间绕飞观测的轨道设计与控制问题。首先建立了适用于目标航天器运行在椭圆轨道上的长期绕飞轨迹设计模型;得到了绕飞轨迹以目标航天器为中心且保持封闭的条件。然后,考虑绕飞轨迹安全性和完成任务的相对距离需求,针对具体目标设计了长期绕飞观测轨道。绕飞过程中存在的摄动和误差影响会使绕飞轨迹不能保持封闭,不满足任务需求,为此采用双脉冲方法对绕飞轨迹进行控制。仿真结果表明,对运行在异面椭圆轨道上的目标航天器,所建立的绕飞轨迹设计模型和轨迹控制方法可以用于长期绕飞轨迹设计与控制中。

测量带有常值偏差时卫星自主定轨系统可观性分析

考虑测量带有常值偏差时卫星自主定轨系统的状态观测和常值偏差估计问题,将观测常值偏差扩增为状态后进行卡尔曼滤波是解决这一问题的一个途径。为使卡尔曼滤波稳定,就必须分析系统的随机可观测性。文章利用线性时变系统的可观性理论对测量带有常值偏差时卫星自主定轨系统的可观性进行了分析,数值仿真结果显示了所得理论的正确性。

飞越观测卫星的关键参数分析与设计

针对飞越观测卫星对目标有效成像的问题,分析与设计了飞越观测卫星的关键参数——飞越轨道相对于目标的轨道高度差。简要描述了卫星观测视场、目标飞行器(群)尺寸与飞越相对轨道高度差的几何关系;分析了观测图像效果对相对高度差的要求,从图像观测效果要求的角度给定了飞越轨道相对高度差的建议取值范围;最后分析了姿态指向偏差、轨道误差等对相对高度差的要求,分别给出了姿态指向偏差、卫星到达预期位置偏差的误差分解,并进行了仿真分析,提出了在考虑各项误差因素的条件下,为了保证在同一幅照片中获得目标完整景象,建议选择的飞越轨道相对轨道高度差。设计的飞越观测卫星关键参数可以兼顾成像效果、观测视场、姿态指向偏差、到达预期位置偏差等各方面约束,参数值设计合理,能够获得良好的观测收益,增加了飞越观测卫星的在轨应用价值。

接近和跟踪非合作机动目标的非线性最优控制

航天器在实施对空间非合作目标的近程操作任务中,需要接近目标并保持在目标附近的特定方位,对目标指定部位随动跟踪和观测。针对非合作机动目标的接近和视线跟踪的六自由度控制问题,根据视线坐标系下的相对轨道方程和体坐标系下的相对误差四元数姿态方程,建立了航天器间近距离相对运动的轨道和姿态联合控制模型。考虑模型的非线性、时变性和计算的快速性,采用θ-D控制方法进行接近和视线跟踪的轨道和姿态联合控制。为了减小跟踪同时存在轨道和姿态机动的非合作目标的控制误差,应用Lyapunov最小-最大定理设计了θ-D修正控制器,改善非合作目标同时进行姿态和轨道机动时的控制性能。仿真验证了模型的正确性和控制器良好的跟踪性能。

利用地面控制点相位残差定权方法减弱InSAR轨道误差相位

两次SAR图像成像时卫星位置的差异导致即使在平坦地区InSAR干涉图上也会有参考面相位存在。由于定轨精度有限,InSAR数据处理过程中需去除轨道误差相位。目前常用的去除轨道误差的方法为基于轨道状态矢量计算出初始基线,再根据地面控制点信息,利用最小二乘算法得到精密基线;或将初始基线对应的参考面相位去除后,再对剩余相位进行快速傅里叶变换或曲面拟合,得到趋势性相位再去除。由于去除参考面相位在去除大气相位和获取形变相位之前,因而基线精密估计的过程中易受到大气相位和形变相位的影响,影响形变解算结果。在实际应用中发现存在干涉图在去除参考面相位后依然有趋势性相位的现象,本文针对此现象考虑大气相位和形变相位影响,提出了利用地面控制点相位残差定权的基线估计方法,提高了估计形变结果的精度,模拟试验和实际应用表明该方法具有一定的有效性和可行性。

一种基于B平面参数的深空天体接近段自主轨道控制方法

针对深空探测接近目标天体段轨道,提出了以B平面参数为制导目标参数的自主轨道控制方法.由自主导航系统确定探测器的当前位置和速度,通过精确轨道动力学积分外推到目标天体的近心点得到B平面误差,利用线性制导公式计算出修正轨道需要的速度增量,并用误差椭圆来统计修正后B平面误差.以火星探测为例进行蒙特卡罗仿真,验证了该方法的正确性.

基于星间无线电"自收自发"测距的高精度卫星定轨方法

针对无线电信号在传播过程中存在的时间和空间上的误差相关性,结合卫星星座内的整网观测,提出了一种所谓信号"自收自发"的卫星跟踪与测量技术。通过星上天线接受和发送网内所有卫星(包括自身)的数据通信,获得相互间的距离信息,同时采用一种互差分的数据处理方法,进行卫星位置的解算。通过具体仿真计算,并与卫星的GPS自主定轨方法相比较,结果表明,此方法确实有效,能很大程度提高卫星的定轨精度。此外,文中还分析了该方法实现的主要技术难点,并给出了相应对策。

FY-2C星发射轨道计算与分析

根据卫星发射窗口的一般性和风云二号(FY-2)C气象卫星特定限制条件,计算了2004年10月19日符合要求的发射窗口。在比较上午和晚上发射窗口的基础上,确定C星选择上午发射窗口。给出了影响卫星定点捕获所需速度增量的入轨轨道参数和点火姿态等因素,并仿真计算了轨道半长轴、近地点高度、倾角和近地点幅角与速度增量的关系。分析结果表明,卫星发射窗口的确定与星、地、日间的位置密切相关。入轨偏差越小,定点捕获所需肼燃料消耗也越少。

FY-3D中分辨率成像仪图像地理定位误差来源分析

以风云三号D星(FY-3D)中分辨率成像仪(MERSI)的图像地理定位为背景,针对现阶段FY-3D图像与海岸线匹配时误差表现为周期性振荡的现象,从卫星轨道和姿态控制的角度出发,分析了当前卫星运行策略对图像地理定位精度的影响。首先,建立了当前FY-3D卫星动力学模型和成像模型;然后,以FY-3D/MERSI真实遥感图像为基础,分析姿轨控分系统对遥感图像周期性定位造成的误差;最后,通过对比数值仿真结果与真实图像数据,对来自姿轨控分系统的图像定位误差来源进行了验证。研究表明,姿轨控分系统的轨道、姿态预报误差以及载荷安装误差都会导致成像基准产生偏差,进而使图像的地理定位误差呈现周期性振荡现象。

近圆轨道自主交会中测量误差对导引精度的影响

在自主空间交会任务中,星载量测系统的测量精度会对末端控制效果产生较大的影响。文章从自主近程导引的多脉冲控制律出发,通过解析方法分析测量误差对多脉冲控制精度的影响,并在此基础上,提出一种逆向算法以解决当指定导引的末端控制精度要求时,如何确定相应的测量误差的允许范围才能满足所期望的控制效果。最后仿真表明,通过逆向算法获得的测量允许误差,可以理想地达到要求的末端控制精度。

基于发动机干扰力矩分析并联贮箱推进剂剩余量

针对传统方法不支持多并联贮箱的推进剂剩余量计算、新研方法需新增设备致重量和成本较高的问题,依据“发动机干扰力矩-卫星质心-推进剂剩余量”三者间的关系,提出了基于发动机干扰力矩计算并联贮箱推进剂剩余量的方法。给出了计算模型,确定了发动机干扰力矩与每台并联贮箱推进剂剩余量之间的关系,给出了数值计算流程,并开展了若干工况计算,结果表明,当并联贮箱排放流量不相等时,卫星质心会偏移,导致发动机干扰力矩增加。最后开展了误差分析,考虑输入参数的工程实际偏差,得出计算方法综合均方根误差约在1%量级。

通过空间系绳系统返回载荷到地面的误差分析

分析了利用空间系绳系统返回载荷到地面目标点的过程中,由于展开过程中有可能的误差导致着陆点的偏差。首先给出了从系绳展开、自由摆动、切断系绳后进入低轨道,最终进入大气层到落到地面整个过程模型和计算过程;通过载荷整个运动过程中的数据给出星下点轨迹,并给出在没有任何误差情况下,使载荷着陆到目标点上所需要的开始释放系绳的轨道位置;在以上结果的基础上,最后给出当轨道高度、轨道偏心率或者剪断系绳的时机出现一定误差的情况下,载荷返回到地面的偏差范围。

基于零控脱靶量和过载偏差的直/气复合控制策略

为解决常规控制策略难以高效修正中末制导交班误差的问题,提出了一种新的控制策略。首先建立了直/气复合控制系统的数学模型,然后分析了反临拦截器常见的轨控直接力开启策略,并通过仿真比较,选出控制效果最佳的轨控策略。在此基础上,结合反临拦截器的工作需求,提出了基于零控脱靶量和过载偏差的轨控策略,并将其与已有的轨控策略进行比较。仿真结果表明,新的控制策略可以在保证命中精度的前提下,燃料消耗降低40%以上,更利于打击位置偏差更大的目标。

空间飞行器离轨的一种组合制导方法

为适应离轨中较大的初始误差和离轨过程干扰,提出了空间飞行器离轨制动的一种高精度组合制导方法。采用包括最优初制导和高精度末制导的多种制导律分段制导,前期采用燃料最省的开环初制导以脱离原轨道,后期采用基于标称轨迹的高精度实时闭环制导,给出了组合制导的模型。由开环和组合两种制导方法的仿真结果可知:组合制导法具较高的制导精度和较强的鲁棒性,且计算量适中,易实现,有较大的工程应用价值。

地球资源技术卫星地面轨迹控制原理及调轨周期的选择

1.引言 在整个任务执行期间。

GPS卫星轨道误差对GPS控制网解算的影响

介绍了GPS卫星轨道误差对基线解算和测站高程精度的影响,采用GAMIT软件解算GPS控制网基线,通过改变GAMIT软件中处理模式参数的设置来分析GPS卫星轨道误差对控制网基线解算的影响,通过5种GPS网平差方案的比较提出了提高测站Z坐标精度的方法。

近地卫星严格回归轨道保持控制

研究了近地卫星基于严格回归参考轨道的轨道保持控制方法:将卫星编队理论引入单星绝对轨道保持控制,提出了"虚拟卫星编队"的概念,分析了卫星轨道相对于参考空间轨迹在轨道摄动情况下的偏离状态及变化趋势,然后根据卫星编队相对运动学,推导出了偏离状态与虚拟卫星编队构形参数之间的对应关系,并设计了以轨道参数超调、偏置及阈值触发为特征的管道保持控制策略。数值仿真结果表明,使用该控制策略能够将卫星轨道保持在以空间参考轨迹为中心的轨道管道内,并且有效减少了因周期性轨道摄动波动造成的管道保持控制量和控制频次。研究成果对于有空间轨迹回归要求的卫星轨道保持控制具有指导意义。