高轨光学观测星座构型设计与覆盖率分析

空间态势日益紧张使高轨卫星受到来自空间碎片和其他航天器的威胁,建立高轨天基态势感知系统,实现对高轨目标的观测与编目,对保障高轨卫星正常工作意义重大.光学观测和红外观测相比,具有被动无源、能量消耗小、适合长期工作的优势.本文对高轨光学观测星座进行构型设计与覆盖率分析,根据光学载荷成像特性,建立可见性约束模型.以有限时间内非重复目标覆盖率为优化指标,基于分解优化策略,将构型优化设计问题转换成多个单星轨道根数优化问题,利用差分进化(differential evolution,DE)算法优化.通过仿真比较分解优化策略和整体优化策略的效果,结果表明分解优化策略具备更好的全局寻优特性,根据结果分析了观测卫星数量和非重复目标覆盖率的关系,讨论了非重复目标覆盖率的边际效应.

星下点轨迹恒定的低轨星座构型设计方法

为探寻适用于低轨巨型星座的构型设计方法,提供了一种所有卫星共星下点轨迹,且该轨迹固定不变的低轨恒定轨迹星座构型解析设计方法。该构型用回归因子、卫星总数两个参数进行编码。首先,利用平均轨道根数思想,建立了地球非球形摄动带谐项阶数为J 4条件下的回归轨道设计解析模型。其次,根据卫星与地球相对运动规律,确立了满足共星下点轨迹条件的解析式。最后,结合回归轨道设计与共星下点轨迹设计思想,建立低轨恒定轨迹星座构型设计模型。最终仿真结果表明,该构型设计方法符合所有卫星共星下点轨迹、且轨迹固定不变的设计预期,验证了本构型设计方法的有效性。本星座构型具有形式简易、构型易维持、覆盖范围广的特点,确保了空间系统与地面系统的方位一致性,极大程度降低了星地系统协同的复杂度。

低轨巨型星座构型设计与控制研究进展与展望

近年来低轨星座计划发展迅速,低轨巨型星座已成为全球争夺空间战略资源的“新战场”。首先,概述了Telesat、OneWeb、Starlink等低轨巨型星座计划的发展现状,以及中国互联网星座计划的基本情况。在此基础上,分别从星座的任务需求、覆盖特性、摄动补偿和备份策略4个方面,综述了星座的构型设计方法及其特点。然后,根据卫星从发射入轨到离轨整个星座构型的控制流程,梳理了低轨巨型卫星星座的初始化控制、保持控制、重构控制,以及卫星的碰撞规避控制和离轨控制的方法和特点。最后,对未来低轨巨型星座构型设计和构型控制技术的研究方向进行了展望。

基于遗传算法的低轨导航星座构形优化设计

针对现有导航系统中高轨卫星路径损耗大、星地延迟长等缺点,以及传统星座设计约束复杂、结果非最优的问题,采用遗传算法开展低轨导航星座构形优化设计。利用遗传算法对全球星系统(Globalstar)进行构型优化,验证了方法的正确性;结合低轨全球导航星座所受约束,分别使用传统覆盖带设计方法与遗传算法进行星座设计与构型优化。设计结果表明,遗传算法设计方法相较于传统的覆盖带法,星座卫星总数减少了5颗、轨道数减少6条、覆盖重数显著提升,位置精度因子(PDOP)值最大值由7.46降至2.62,可用覆盖率由99.3%以下提升到99.98%以上,验证了遗传算法进行低轨导航星座构型优化的有效性。

四星时差定位中的卫星构型及其定位性能

针对目前多星联合定位研究中对卫星覆盖区域无法长时间高精度定位的问题,提出了一种新型的四星星座构型,并在STK软件中得到了实现。推导了在地球约束情况下基于四星时差定位的误差模型,对卫星全球飞行过程中星座构型变化时的定位性能进行了仿真。仿真结果表明,新型四星星座可以实现在卫星全球飞行过程中对覆盖区域保持高精度定位,在时差测量误差为50 ns且不考虑卫星位置误差的情况下,定位误差在±45°波束范围内优于1.5 km,对多星联合定位技术在工程设计应用上具有重要意义。