卫星机动过程成像的姿态规划与控制研究

对有星载相机的卫星机动过程成像的姿态规划与控制进行了研究。为避免目标姿态的任意性产生的控制转序问题,用四元数描述偏流角跟踪控制。从用户角度出发,提出了两种适于机动过程成像的姿态规划模式:一是指定星体相对轨道系摆扫角速度,通过设定摆扫方向与卫星飞行方向成任意角度,可实现任意方向摆扫成像,另一是指定成像点经纬度条带,可实现海岸线等地面目标成像。在摆扫规划姿态的基础上,将绕相机光轴转过经迭代计算的偏流角作为最终的姿态控制基准,给出了高动态姿态机动控制算法。引入陀螺角速度信息以提高滚动姿态机动过程中的动态特性;将星体当前姿态与目标姿态偏差四元数作为姿态控制基准以实现任意姿态最短路径机动;以飞轮作为姿态控制执行机构,设计PD控制律,在机动过程中对内干扰力矩进行前馈控制。仿真结果验证了所提算法的有效性和工程可操作性,可用于对地成像小卫星机动过程成像的姿态规划与控制。

一种低轨成像卫星星座覆盖性能快速统计模型

针对传统星座覆盖性能统计在低轨星座设计中方法计算量大、计算速度慢的问题,设计了一种基于二维图理论的新的低轨成像星座覆盖性能统计模型。首先提出了一种二维图理论,分析了卫星和目标点在天球面的相对几何关系,建立了二维图的解析数学模型。其次讨论了卫星对二维图的覆盖条件,并进一步研究了卫星单次经过纬线时的覆盖范围模型和算法。通过将目标区域划分成纬度条带,研究了星座对单个纬度条带的覆盖性能的统计原理和方法,并建立了整个目标区域的覆盖性能模型和流程。最后通过实例对比分析了传统统计模型和该算法模型的时间复杂度,验证了上述方法结果的精度。

天绘一号卫星覆盖性能分析与优化方法研究

天绘一号卫星为测绘卫星,测绘卫星标称轨道是卫星进行长期轨道维持的目标,对卫星的地面覆盖性能起到决定性的作用。为了分析和提高卫星对地面目标的覆盖性能,根据天绘一号卫星轨道设计和维持的特点,提出了基于条带-纬度覆盖图的分析和优化方法。推导了推扫式成像卫星覆盖经度跨度计算公式,构建了基于条带-纬度覆盖图的分析方法,通过将多颗卫星的条带-纬度覆盖图叠加得到不同区域的覆盖次数,根据每次重访时的卫星星下点条带号计算对地面目标的重访时间间隔。提出了通过调整当前条带号和降交点地方时减小对目标区域的重访间隔的优化方法。通过与网格点方法的计算结果比较,验证了该方法的有效性。