空间多目标拦截交会平台停泊轨道设计优化

针对空间多目标交会(拦截)平台停泊轨道设计问题,定义有效交会(拦截)区作为衡量平台交会(拦截)目标能力的指标,提出并建立了该类空间平台停泊轨道设计优化和分析模型,采用多岛遗传算法(MGA),以有效交会(拦截)区的最大化作为优化目标,以可交会(拦截)目标的数目和子飞行器轨道转移所需要的脉冲速度增量等为约束条件,对该类平台停泊轨道要素和子飞行器变轨时机进行综合设计优化。将上述模型和算法用于两空间平台设计中,一个是针对低轨2目标的交会平台,另一个是针对中轨3目标的拦截平台,得到合理的结果,表明所提出的设计优化模型以及选择的寻优算法是有效的。     

基于空间交会的天基反卫作战方案

对位于高地球轨道天基平台攻击低地球轨道目标的方案进行了研究,讨论了高轨作战平台的攻击范围。采用完全推力法实现远程空间交会。为消除异面霍曼变轨方法等待时间过长的缺点,提出了两种主动调相方法。研究表明：用该法可实现天基武器由高轨至低轨的空间转移交会,引入主动调相轨道可明显缩短交会所需时间。     

空间目标轨道信息软件平台的建设

空间目标轨道信息是空间态势感知的重要要素,是空间碰撞预警、空间碎片环境模型和许多空间应用的基础。因而,空间目标轨道确定成为空间态势感知的主要任务之一。文章介绍武汉大学测绘学院正在开发建设的空间目标轨道信息服务软件平台,该平台拥有的主要功能有:利用多源数据的卫星/空间碎片轨道确定(包括初轨确定)与预报、大气质量密度模型精化、空间碰撞预警和半解析法快速精密轨道传播等。文章还针对软件平台功能的研究进展进行了综述,介绍了软件平台发展规划。     

一种基于星间方向观测的初轨计算方法

基于天基网空间监测的技术背景,用一已知轨道的天基观测平台对不明空间目标的方向观测,在定轨精度要求并不太高的要求下,研究了单颗卫星的天基平台定初轨的问题,并提出了一套基于此观测模型的中低轨空间目标的初轨计算方法。通过模拟生成测角资料对方法进行检验,计算结果显示方法在目前提出的定轨精度下是稳健可行的。     

SINS快速精确传递对准技术研究

针对空间机动平台武器捷联惯性导航系统（SINS）快速精确动基座传递对准问题,采用适于空间武器SINS动基座姿态传递对准的数学模型,提出将预测滤波方法应用于空间机动平台武器SINS的传递对准中。该方法能够在线估计并修正系统模型,提高状态估计的精度,并克服了将模型误差假设为高斯白噪声的局限性,同时也降低了系统状态变量的维数,减小了计算量。仿真结果表明,该方法的收敛速度和滤波精度都明显优于标准Kalman滤波,有效地提高了空间机动平台武器SINS动基座传递对准的精度和速度。     

卫星快速绕飞轨迹设计与制导

快速绕飞在航天器近距离观测、空间目标识别与侦察、在轨服务与应急情况处理活动中具有重要应用。首先建立了适用于目标航天器运行在圆轨道或椭圆轨道的相对运动状态转移矩阵;然后,推导了采用多脉冲控制方法实现与目标航天器共面和异面快速绕飞、进入绕飞和退出绕飞的轨迹设计与制导的模型和算法;最后,分析了绕飞过程速度脉冲需求与绕飞参数的关系。仿真计算结果表明所提出的快速绕飞轨迹设计模型和制导算法可以用于对圆轨道或椭圆轨道目标航天器的共面或异面快速绕飞。     

天基空间目标监视的短弧段定轨技术

利用两个短弧段的天基测角资料实现对空间目标的轨道确定是天基空间目标监视系统需解决的重要问题之一。提出利用二体轨道的角动量和能量守恒方程计算空间目标初轨的新方法,该方法将短弧段的主要测量信息表示为弧段属性,由两个短弧段的弧段属性建立守恒方程,采用变量替换法求解守恒方程获得多个初轨,通过方差分析从中选择合适的初轨。针对轨道改进中的迭代发散和收敛于局部极小点的问题,提出了选取多个迭代初值进行轨道改进的采样方法。仿真结果表明,初轨确定算法是可行的,轨道改进能成功解算最小二乘轨道。     

基于遗传算法的极短弧段天基轨道确定方法

天基光学观测系统采用恒星跟踪模式监视空间目标时获取的观测弧段极短,在极短弧段观测条件下,经典的轨道确定方法会由于求解方程的本征病态无法得到合理解。针对该问题,文章采用遗传算法对空间目标极短弧段轨道确定问题进行优化求解,建立了基于遗传算法的空间目标初始轨道参数求解的运算模型,并利用空间目标的分布特性进行分区域计算,从而有针对性地缩小搜索范围,提高了计算效率并避免解收敛到局部最优值。仿真试验表明:该方法能够利用天基极短弧段观测数据正确估计空间目标初始轨道参数,定轨精度优于Gauss法与采用观测斜矩作为优化变量的方法。此方法为精密定轨提供有效初值,提高多个短弧段之间的关联性,由此可为天基光学观测平台的空间目标监视、跟踪以及编目任务提供参考。     

空间合作目标运动再现的相似度分析

研究了空间合作目标运动再现的相似度度量方法。首先,给出空间合作目标运动再现轨道姿态变量的缩比因子以及仿真系统相似度的建立要素;其次,建立运动再现的相似度评估指标模型,确定了相似元及其特征变量,给出了相似度的权重构造方法以及相似特征变量相似值的计算方法,并在此基础上提出了相似度的度量公式;最后以航天器圆轨道交会对接最终逼近段地面验证试验为例进行了相似度分析。仿真表明这种分析方法对于试验方案的选择及改进具有指导意义。     

应用多星的空间目标跟踪定位算法

单星激光测距空间目标定位算法受远距离激光测距机测频的限制,有效数据速率较低。文章构建天基探测系统空间目标观测模型,提出一种应用多星的空间目标跟踪定位算法。该算法基于三角交会原理,面向多星不同载荷平台,基于空间目标成像投影和坐标转换模型,计算空间目标的异面直线距离,采用最近邻算法最优匹配关联同一空间目标的星间像点,基于双星交会模型解算空间目标轨迹,进行空间目标跟踪。此外,针对空间目标的星间信息丢失、空间目标与卫星共面时多空间目标跟踪精度低的问题,引入空间目标的加速度参数分量,改进卡尔曼滤波算法,预测空间目标轨迹位置,从而有效提高多目标跟踪精度。实例验证结果表明:文章提出算法的空间目标跟踪与定位精度高,能有效解决星间信息丢失引起的精度下降问题。     

空间平台武器系统传递对准匹配方式

根据建立的传递对准模型和用于导航解算的轨道运动学模型,提出了速度匹配、比力匹配、角速率匹配和姿态匹配等空间平台武器系统传递对准的不同匹配方式,并对不同匹配方式及其组合的传递对准性能进行了仿真分析,研究了弹性变形的影响。结果表明：速度＋角速率和比力＋姿态等组合匹配方式的传递对准性能较优。     

天基对地打击动能武器最大横程分析

天基对地打击动能武器(SCKW)用于从太空对地面高价值战略目标进行快速、准确的打击.针对最大横程要求,研究了SGKW打击轨道的优化设计方法.首先建立了SGKW的无量纲化空间运动模型,然后利用庞特里亚金极大值原理将横程最大打击轨道的最优控制问题转化为两点边值问题.由于约束条件中存在优化参数,一种基于"遗传算法+序列二次规划"的组合优化算法被用于求解未知参数.仿真结果验证了上述方法的有效性.最后,对SGKW的打击覆盖范围也进行了简要分析.     

天基对地打击武器飞行过程动力学分析与建模仿真

天基对地打击武器用于从太空对地面战略目标和高价值目标进行快速、准确的打击。本文运用空间飞行器动力学,在特定条件下,对天基对地打击武器的作战飞行过程分大气层外和大气层内2个阶段进行动力学分析,并利用建模仿真的方法得出在不同再入角和不同运行轨道高度的情况下飞行过程的相关数据,验证了天基对地打击武器作战迅速、打击时间短的特性,表明其在未来潜在的军事应用价值。     

基于空间光学探测的空间目标星等特性分析研究

利用STK对空间目标的轨道特性分析,模拟了太阳与空间目标观测面的夹角,空间目标 在光照区的时间和空间光学望远镜与空间目标的夹角。利用黑体辐射定律,计算太阳在可见 光区域的能流密度,通过建立平面目标可见光辐照度模型,推导了空间目标到达空间光学望 远镜的辐照度模型,建立了一种计算空间目标等效星等模型。通过建立的模型可以对正常工 作的卫星和失效卫星判断区分。     

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。     

基于预测零控脱靶量的拦截器中制导段导引

针对三维空间内的高速飞行目标,提出了一种基于预测零控脱靶量的中制导段导引方法。建立了拦截器与目标的相对运动关系模型,分析了确定修正轨道的约束条件,并在此基础上推导出修正轨道根数的计算方法。同时根据待增速度给出了推力定向和推力发动机工作时长的确定方法。仿真结果表明,该方法能有效实现拦截器中制导段的制导控制。     

碰撞风险评估中的空间环境激励图方法

因航天器物理特征、空间环境扰动变化、预报技术和大气模型性能等既有不确定因素的存在，空间目标碰撞概率等与轨道预报相关的评估工作存在模糊度问题，无法准确描述碰撞风险水平。文章基于碰撞概率极值，简化气动力误差模型，量化计算轨道预报相关事务的边界；提出空间环境激励图和3σ区的概念，并给出具体实施方法以及空间碎片碰撞预警、空间物体陨落预报的计算示例。计算结果表明，该方法能较好应对轨道预报相关事务中的模糊度问题，可为相关航天工程实践和决策提供参考。