半解析卫星轨道不确定性快速估计方法

基于半解析法和球形单边采样无迹变换提出一种轨道不确定性快速估计方法。首先在考虑J2摄动和大气阻力摄动的基础上,构建轨道要素解析模型用于瞬时轨道要素快速估计。随后基于该轨道要素快速估计方法,结合球形单边采样无迹变换传播初始轨道不确定性,依据高斯摄动方程和球形单边采样点的特性对传播后的采样点进行修正,估计传播后的轨道不确定性。最后将提出的半解析法与高斯和模型相结合,以提高精度。数值仿真分析了所提出的轨道不确定性估计方法相较无迹变换法的计算效率提升程度,并依据似然一致性度量将所提出的方法与蒙特卡洛法、无迹变换法等进行了精度比较。结果表明,所提方法的计算效率相较于传统无迹变换法有较大提升,且具有合适的精度。

航天器大功率固态配电关键技术研究

大功率固态配电需要解决在开关过程中电压变化率和电流变化率较高的问题,抑制在短路保护过程中功率管漏极和源极存在的振荡和高电压应力。采用“慢开通,慢关断”的控制方式,降低了开通和关断过程中的电压和电流变化率。通过降低关断过程中电流变化率和增大振荡回路阻尼的方法,抑制了短路保护关断过程中功率管漏源电压应力和振荡。在此基础上,研制了160 V/200 A固态配电样机,实验验证表明所采用的方法是有效的。该方法提高了大功率负载的配电可靠性,可为大功率固态配电在航天领域的应用提供参考。

基于遗传算法的卫星攻击路径规划方法研究

当目标卫星的防御系统为以机动方式拦截来袭卫星的编队小卫星时,为能成功接近目标卫星,攻击卫星必须寻求一条安全路径,以避免在穿越过程中被小卫星拦截。在编队小卫星的相对轨道运动模型基础上,建立路径规划的环境模型,建立综合适应度函数,设计了遗传算子,提出了基于遗传算法的攻击卫星安全穿越路径寻优方法。仿真结果表明,提出的算法寻求的最优路径,较好地满足安全性和路程最短的要求,并且算法收敛性和稳定性好。

编队飞行卫星自主相对导航算法研究

提出一种基于类GPS敏感器星间相对距离测量的编队飞行卫星相对位置、速度和姿态自主确定算法.在编队飞行卫星之间无相对速度测量时,利用两点相对轨道状态测量信息,建立相对轨道和姿态运动方程以及星间相对测量方程,推导了编队飞行卫星相对导航UKF(Unscented Kalman Filter)算法,估计其相对轨道和姿态等导航信息.并进行了数学仿真,仿真结果表明,该算法简单可靠,能够满足高精度编队飞行卫星相对导航要求.

卫星过顶与成像区域时间的快速预报算法研究

在引入平均轨道概念的基础上,提出了一种针对低轨道卫星的过顶与成像区域时间的快速预报算法.以双行元初值求取的平均轨道参数为初始条件,通过目标与星下点在地球表面相对于地心的弧段是否小于可观测弧段进行预报的粗搜索,进而初步计算过顶与成像区域时间.通过分析不同纬度地面站过顶时间预报表明,在低纬度地区,快速预报算法预报精度可以达到秒级,随着纬度的增加预报精度逐渐变差.该方法为下一步基于SGP4的精确搜索预报奠定了基础,可大幅度降低星载计算机的计算量.

Drag-free卫星编队的发展现状和趋势研究

分析了Drag-free卫星编队的发展历程,就动力学建模与系统控制方法进行了综合调研和分析,提出了Drag-free卫星编队的应用前景和需要解决的关键技术,为我国未来空间环境与空间天气等超高精密探测奠定一定的基础.

电动力绳系卫星轨道机动策略研究

针对电动力绳系卫星轨道机动问题,提出三种电流控制策略实现不同要求的轨道机动。采用常值电流、bang-bang式电流以及傅里叶式电流三种控制策略来实现电动力绳系卫星的轨道机动,并引入小误差修正方法来提高控制精度。结果表明:常值电流和bang-bang式电流分别能够实现轨道倾角和升交点赤经的独立变化;而傅里叶式的时变电流能够实现考虑气动阻力情况下的一般轨道机动。提出的小误差修正方法只需经过一次误差修正就能显著提高轨道机动控制精度。

基于软件接口的卫星多领域建模与仿真研究

针对现代微小卫星多领域复杂系统的建模与仿真,研究了基于Matlab/Simulink、ADAMS、ModelSim、Pro/E以及STK等软件接口的小卫星多领域建模与仿真方法,建立了基于多仿真软件的微小卫星多领域建模与仿真平台的体系结构,分析了典型领域间的耦合关系。提出了基于ADAMS建立卫星动力学仿真模型的基本思路,完成了具有转动太阳帆板、反作用飞轮的多体卫星姿态动力学ADAMS仿真模型。设计了软件间的接口中间件,建立了小卫星耦合关系紧密的控制、机械、电子及电源等多领域耦合仿真模型。最后,针对小卫星大角度姿态机动控制模式进行了仿真,仿真结果验证了所提出的多领域建模方法的有效性和仿真平台的可行性。

微小卫星轨道姿态一体化确定算法研究

突破卫星轨道和姿态参数分别确定的传统模式,提出了以三轴磁强计和太阳敏感器为测量元件的轨道姿态一体化确定算法。由于地磁场是时间和位置的函数,而三轴磁强计指向又与卫星姿态相关,所以三轴磁强计的测量值既与轨道有关,又与姿态有关。充分利用磁强计和太阳敏感器的测量值中包含的轨道和姿态信息,推导出卫星轨道姿态一体化确定的扩展卡尔曼滤波算法。在太阳不可见区域,由于太阳敏感器没有输出信息,只采用磁强计为测量敏感器,按传统模式对卫星轨道和姿态分别确定。最后对2种模式下的滤波算法进行数学仿真验证,结果表明该算法的可行性与有效性。

基于鲁棒H_∞滤波的追踪卫星相对导航算法研究

针对追踪卫星存在轨道机动的情况,在模型存在不确定参数和非高斯噪声输入时,研究了基于鲁棒H∞滤波理论的相对导航算法。该算法采用线性不等式技术,根据Lyapunov稳定性原理推导出具有范数有界不确定参数离散系统的鲁棒H∞滤波器存在的充要条件,并将滤波器的设计转化为一个凸优化的求解问题。将该算法应用到追踪卫星导航中,仿真结果表明该算法在大轨道机动下有效且能消除模型不确定性和非高斯噪声对系统造成的不利影响。

拦截卫星相对导航算法研究

空间攻防中,拦截卫星相对目标卫星导航参数的确定,对拦截卫星的拦截轨道设计十分重要.本文针对目标卫星轨道为椭圆轨道且拦截卫星存在机动的情况,研究了拦截卫星的相对导航算法.首先,推导了目标卫星轨道为椭圆轨道时拦截卫星的相对运动方程,并根据星间测量几何关系推导了测量方程;其次,通过引入拦截卫星的机动加速度并考虑其控制误差,设计了改进的扩展卡尔曼滤波器,以提高拦截卫星的相对导航精度;最后,通过仿真验证了算法的有效性,并获得了较好的相对导航精度.

基于Multi-Agent的编队飞行卫星体系结构研究

卫星编队的自主运行与管理能够节约大量成本,并能充分发挥卫星编队的整体功能,是编队飞行的关键技术之一。Multi-Agent系统的一些基本特性正好满足了卫星编队自主性的需求,因此从Agent概念出发,分析了将Agent技术应用于卫星编队的优势,研究了基于Multi-Agent的卫星编队垂直分层体系结构,并详细描述了每个层中各子Agent的功能,最后给出了卫星编队的一般协同工作流程,并针对基于Multi-Agent编队飞行系统,提出了几项需要解决的关键技术。

基于轨道根数差的卫星编队自主定轨研究

设计一种应用于卫星编队的自主相对轨道确定方案。不同于目前广泛采用的Hill方程,采用轨道根数差的形式描述编队卫星间的相对运动规律,选择“无线电+激光”的组合测量方法,利用星间距离信息与方位信息作为观测量,设计扩展卡尔曼滤波器实现环绕星相对轨道的自主确定。仿真结果验证了这种导航方案的有效性。

卫星总体参数对SAR分辨特性影响分析及仿真研究

建立了星载合成孔径雷达(SAR)分辨特性的数学表达式,分析了地球自转和地球扁率、轨道摄动、卫星姿态指向误差和稳定度以及星载SAR的中心视角对星载SAR分辨特性的影响,并进行了数字仿真。分析仿真结果表明,滚动向指向误差和稳定度以及星载SAR中心视角对分辨特性影响较大,该研究结果对于卫星总体参数确定和优化设计具有参考价值。

圆轨道串行卫星编队的相对运动研究

针对圆形轨道串行卫星编队进行研究,推导出满足开普勒轨道假设的相对运动方程,从物理概念上证明了这种描述关系的正确性;并在此基础上利用星间测量信息,设计扩展卡尔曼滤波器进行相对轨道自主确定,仿真结果验证了此相对运动方程与导航方案的有效性。

基于多软件的微小卫星多领域建模与仿真研究

微小卫星是由多个学科构成的复杂系统,各学科间存在着复杂的耦合关系,针对微小卫星多领域建模与仿真问题,提出了基于STK、ADAMS、ModelSim和Matlab/Simulink等商用软件接口的微小卫星多领域建模与仿真方案,给出了多学科建模与仿真平台体系结构,提出并解决了耦合建模、软件接口和协同仿真等多项关键技术。最后,建立由微小卫星中耦合关系较强的姿态控制、结构动力学、星载计算机和电源分系统构成的原型系统,针对微小卫星大角度姿态控制模式进行了仿真,仿真结果验证了本文所提出的多领域建模方法的有效性和仿真平台的可行性。

仅用星敏感器的卫星姿态估计UKF算法研究

针对无陀螺或陀螺失效等情况下的卫星姿态确定问题,应用基于Unscented变换的Unscented滤波理论,提出了仅利用星敏感器矢量观测信息来确定无陀螺卫星姿态的Unscented卡尔曼滤波算法,并进行了数学仿真,仿真结果表明了所提出的UKF算法在无陀螺情况下对卫星姿态估计的有效性和可靠性。

J_2摄动情况下编队飞行卫星相对运动精确解析模型研究

给出了一种描述J2摄动情况下编队飞行卫星相对运动的精确解析模型.在近圆轨道情况下引入无奇点变量,得到了参考星相对运动坐标系中从星运动的一般形式,进一步推导了J2摄动影响下初始时刻无奇点平均/瞬时轨道要素偏差表示的任意时刻编队飞行卫星相对动力学解析方程.仿真结果表明,编队飞行相对运动解析模型的相对位置误差在运行14圈内可以达到m级,为经典Hill方程对应误差的1%左右,能够精确预报编队队形的变化规律,为提出有效队形控制策略提供了理论基础.同时计算量小,适合于编队卫星星上自主运算和自主方案规划.

中继卫星H_∞姿态稳定控制研究

主要研究中继卫星H∞回路成形姿态稳定控制问题。中继卫星具有弱阻尼的柔性模态频率和晃动模态频率,并且模态频率具有不确定性,同时系统增益也存在有较大的变化。首先利用拉格朗日方程建立了该卫星的动力学方程,描述了系统存在的结构不确定性,然后设计了H∞回路成形控制器。在设计过程中,首先提出了控制系统所需要满足的鲁棒稳定性和鲁棒性能指标;随后利用H∞回路成形理论设计了卫星的姿态稳定控制器,利用ν间隔度量方法对所设计的控制器进行了降阶处理,并且对所设计的控制器进行了鲁棒稳定性和鲁棒性能分析;最后通过数学仿真证明了所设计的控制器的有效性。

卫星总体参数对SAR多普勒参数影响分析及仿真研究

该文从星载合成孔径雷达(SAR)空间几何关系出发,建立了星载SAR多普勒参数的表达式,在考虑地球自转和扁率的情况下,分析了轨道摄动,卫星姿态指向误差和稳定度对SAR多普勒参数的影响,并进行了数字仿真。分析仿真结果表明轨道摄动是造成星载SAR多普勒参数误差的主要因素;姿态稳定度的提高在减小多普勒参数误差变化频率的同时可以使误差量降低,该文的研究结果对于分析总体参数对图像质量的影响和卫星总体参数的确定和设计优化具有参考价值。