组合大视场星敏感器卫星自主定轨中太阳摄动

目前,国际上卫星自主轨道确定已受到了极大的关注,卫星定轨向高精度、高自主性方向发展。自主定轨方法多种多样,获取定轨信息的方法与自主定轨测量设备紧密联系在一起。就组合大视场星敏感器卫星自主定轨方法,建立了太阳引力摄动下的广义卡尔曼滤波模型,且进行了计算机仿真;通过对不同初始轨道高度情况的计算机仿真,给出了太阳引力对卫星轨道的影响;通过对东方红三号(DFH-3)卫星进行仿真和结果对比,说明了该自主定轨方法、所建滤波模型和算法的有效性。

考虑太阳光压的小天体附近自然绕飞轨道研究

在小天体附近是否存在探测器的长寿命自然绕飞轨道是近小天体段轨道设计中的重要问题。针对不规则小天体附近复杂动力学环境,综合考虑不规则引力摄动J_(2)、J_(3)、J_(4)项,太阳光压摄动和可能存在的星蚀情况,基于平均动力学和冻结轨道求解方法发展了一种能够快速确定小行星附近长寿命自然绕飞轨道的类型和存在区域(轨道根数存在范围)的半解析方法。分析了考虑光压摄动、星蚀以及小行星-探测器系统参数变化对这些轨道存在区域的影响。搜索了潜在威胁小行星99942 Apophis附近可能存在的自然绕飞轨道,发现了两类长寿命轨道族:存在域小且对参数不确定性更敏感的向日轨道族和半长轴跨度范围较大且稳定性更好的晨昏线轨道族。研究结果表明太阳光压对不规则小天体附近长寿命绕飞轨道的存在情况影响显著。考虑光压摄动后,长寿命轨道存在域显著减小。随着光压摄动的增强,向日轨道偏心率增大,而晨昏线轨道偏心率减小,两类轨道的半长轴覆盖范围均减小。

北斗三号卫星经验型太阳光压模型分析与精化

太阳光压摄动作为在轨导航卫星受到的最大的非保守力,是卫星精密定轨的重要误差源。ECOM模型、ECOM2模型,这两种经验型光压模型被广泛应用于导航卫星定轨。然而,ECOM模型和ECOM2模型分别是针对GPS和GLONASS卫星设计的,并不完全适用于我国北斗三号(BDS-3)卫星。针对五参数ECOM模型在BDS-3卫星低太阳高度角时期轨道不连续性增大的问题,本文提出在D方向引入一阶周期项来吸收未被模型化光压加速度。结果表明,引入一阶余弦周期项D_(c),能将低太阳高度角时期CAST卫星的切向、法向、径向重叠轨道误差分别减小约60%、52%、29%。针对ECOM2模型中D_(2c)和D_0、D_(2s)和B_(s)之间存在的强相关性,本文提出了不估计D_(2c)参数的八参数ECOM2模型和不估计D_(2c)与D_(2s)的七参数ECOM2模型。结果表明,相较九参数ECOM2模型,不估计D_(2c)参数的八参数ECOM2模型能够将CAST卫星和SECM卫星径向重叠轨道误差分别减少约18%和27%。在此基础上,继续移除D_(2s)后(七参数ECOM2),径向重叠轨道误差可进一步减小5.2%~8.5%。综合考察重叠轨道精度和SLR检核精度,不顾及D_(2c)和D_(2s)的七参数ECOM2模型表现最佳。CAST卫星和SECM卫星重叠轨道切向、法向、径向精度分别为5.0、3.4、1.4 cm和5.4、3.5、1.5 cm;SLR检核残差标准差分别为3.1~3.2 cm、4.4~4.7 cm。

不同高度范围月球卫星轨道受摄分析

目前月球探测任务具有多样性,需要采用不同高度的月球卫星轨道,因此研究摄动力对不同高度月球卫星轨道的影响具有重要意义。文章首先分析了月球非球形摄动、地球引力摄动和太阳引力摄动三种摄动力大小随高度的变化规律。在此基础上,仿真计算了这三种摄动对不同高度月球卫星轨道的影响,得到了轨道要素和近月点高度在不同轨道高度范围内随这三种摄动力的变化规律。最后在近月点高度为百米级精度的条件下,给出了不同高度范围需要考虑的摄动力,为新型月球任务轨道设计和轨道控制提供参考。

探测器运行的地月系L1点轨道特性应用研究

研究月球探测器运行动力学特性,由于太阳引力摄动具有较大的量级且是实际三体系统中最大的摄动因素,圆限制性三体动力学方程得到的运动轨迹及周期轨道与实际情况偏差较大,影响运动的稳定性,直接作为目标轨道进行跟踪将带来较大的能量和时间消耗。为解决上述问题,采用了在太阳引力摄动后CRTBP的轨迹变化的条件下进行数字仿真。结果表明,对比弱稳定走廊从L1点到达月球附近的的各种指标,转移轨道达到要求,对研究探月轨道的设计具有一定应用价值。

双月旁转向轨道的修正方法研究

双月旁转向轨道是深空探测中有应用潜力的一类非线性轨道.在CR3BP模型下得到了双月旁转向轨道,通过分析轨道的误差传播特性,制定了双月旁转向轨道的修正原则,提出了"关键节点"加"显式制导"的修正思路;给出了考虑太阳引力作用的R4BP模型,针对初始误差、导航误差、修正执行误差和太阳引力摄动偏差进行了轨道修正仿真,得到了基于Monte-Carlo方法的轨道修正统计结果.在此基础上,采用了"初值速度补偿"与"显式制导"相结合的思路修正初始误差、导航误差、修正执行误差和太阳引力作用,仿真表明:这一方法能够较大程度地降低轨道修正所需的冲量.结果和结论能够为双月旁转向轨道的工程应用提供参考.

Halo轨道编队保持控制方法及仿真分析

开发深空探测,研究对近地建立空间站。针对地月L1点空间站与绕飞航天器的构型保持控制问题,共线平动点附近的运动具有较强的不稳定性,太阳引力摄动对Halo轨道编队构型具有较大的影响。为实现Halo轨道编队的稳定飞行,根据Floquet模态理论设计了Halo轨道编队保持控制器,在分析消除模态4最优控制策略的基础上,研究了Floquet模态之间的内在耦合关系,进一步提出了模态相消控制策略,降低了保持控制燃耗。在限制四体模型下,对太阳引力摄动下的Halo轨道编队保持控制问题进行了数值仿真,仿真结果表明:保持控制器可实现Halo轨道编队相对运动构型保持,且具有较高的控制精度,不存在误差积累现象。

地球静止轨道CW方程建模误差分析

针对地球静止轨道的小倾角、小偏心率的特点,本文在瞬时密切轨道坐标系推导分析了CW方程的各类误差要素,包括地球非球形摄动、三体引力等环境误差,以及线性化误差、非圆轨道相关误差等。采用误差线性化方法结合CW方程解析解得到了J_(2)、偏心率相关误差项的解析表达式。数值计算表明:地球静止轨道下CW方程的误差项要素较多,与相对运动构型的尺寸、漂移特性等均相关。二次项误差、偏心率相关误差、J_(2)项相关误差量级相当,是地球静止轨道CW方程的主要误差源,同时呈现出常数和低频波动相结合的误差形式,分析结果可作为地球静止轨道高精度相对导航和制导设计的理论依据。

月球探测器精确相对动力学模型及其应用

在地月会合坐标系下建立了月球探测器的相对动力学模型,模型中考虑了太阳、地球和月球的真实天体力学环境.给出了太阳引力摄动下地月会合坐标系绝对角速度的简单但精确的表达式.所提供的相对动力学模型与J2000坐标系下的绝对动力学模型完全等价.如果将太阳引力常数置为零,模型则退化为椭圆型限制性三体问题模型;如果再将月球轨道偏心率置为零,模型则进一步退化为圆型限制性三体问题模型.基于本文模型导出了计算地月系统的共线和三角拉格朗日平动点更精确位置的迭代格式,它与儒略时刻以及所考虑的时间范围有关.所提供的相对动力学模型对经由拉格朗日点的探月轨道设计有重要参考价值.

导航卫星自主定轨中光压模型精化方法及其影响研究

以GPS卫星为例,提出了一种太阳光压模型精化方法。该方法能使卫星升交点赤经及轨道倾角在180d内的预报误差控制在±40mas左右,较显著地提高了自主定轨卫星轨道的切向和法向精度,最终改善了用户测距误差,对卫星轨道径向改善不明显,对钟差项几乎没有影响。