定向通信系统天线波束指向误差分析

对影响定向通信系统天线波束指向误差的因素进行了分析,给出了一种特殊情形下波束指向误差与姿态角的关系式,同时给出了一般情形下基于最小二乘估计的波束指向误差与姿态角关系的推导方法.给出的关系式和方法对分析定向通信系统波束指向误差提供了理论依据,有助于评估定向通信系统的波束对准情况.     

中继卫星星间天线指向误差传播率研究

基于中继卫星星间天线对用户航天器的跟踪规律,建立了准确的误差传递模型,并对分析结果进行了仿真验证。文中首先定义了误差传递模型所需的各类坐标系;然后使用微分方法分别建立了中继卫星轨道误差传递模型、中继卫星姿态误差传递模型,分析了滚动角、俯仰角和偏航角与指向精度之间的关系,以及位置保持控制对指向精度的影响;最后借助于STK软件的轨道计算功能,使用蒙特卡罗方法进行数学仿真,仿真结果验证了误差传递模型的准确性。     

星载多波束天线设计

给出了星载多波束天线的设计方法、步骤和参数选择原则,给出了2个区域多点波束天线和赋形波束的设计实例,并用物理光学法计算了覆盖区域的天线方向图、覆盖区增益和频率复用时的同极化波束隔离。     

同步轨道通信卫星天线覆盖图在轨测试方法

同步轨道通信卫星天线覆盖图在轨测试的目的是检验卫星入轨后上下行覆盖图与设计覆盖区域的一致性,以及太阳照射产生的天线热变形等因素对覆盖特性的影响。针对卫星上常用的固定赋形波束天线、区域波束天线和可移动点波束天线等类型的星载天线在轨测试问题,分析了几种在轨测试方法的原理,包括偏置卫星姿态法、转动天线平台法以及使用移动测量站的方法,提出了偏置卫星姿态法中融合转发器遥测参数判决和多站联合在轨测试的解决方案,有效解决了既要节省宝贵的燃料又要尽可能测量多条切线方向图的工程难题。对真星的固定赋形波束天线和可移动点波束天线进行了在轨测试,测试结果与实际特性吻合很好,验证了方法的可行性。最后,针对融合遥测参数判决的多站联合偏置卫星姿态法的测量不确定度进行了分析。     

飞越观测卫星的关键参数分析与设计

针对飞越观测卫星对目标有效成像的问题,分析与设计了飞越观测卫星的关键参数——飞越轨道相对于目标的轨道高度差。简要描述了卫星观测视场、目标飞行器(群)尺寸与飞越相对轨道高度差的几何关系;分析了观测图像效果对相对高度差的要求,从图像观测效果要求的角度给定了飞越轨道相对高度差的建议取值范围;最后分析了姿态指向偏差、轨道误差等对相对高度差的要求,分别给出了姿态指向偏差、卫星到达预期位置偏差的误差分解,并进行了仿真分析,提出了在考虑各项误差因素的条件下,为了保证在同一幅照片中获得目标完整景象,建议选择的飞越轨道相对轨道高度差。设计的飞越观测卫星关键参数可以兼顾成像效果、观测视场、姿态指向偏差、到达预期位置偏差等各方面约束,参数值设计合理,能够获得良好的观测收益,增加了飞越观测卫星的在轨应用价值。     

ETS—VI上搭载的用于S波段星间通信的星上轨道计算和跟踪系统

本文介绍了日本工程试验卫星-Ⅵ(ETS-Ⅵ,将于1992年发射)上的S波段星间通信设备(SIC)的星上轨道计算和跟踪系统。该星间通信设备有一副多波束相控阵天线,用54个移相器调整波束指向。根据星载微处理器的星上轨道计算结果来控制54个移相器,使波束指向任何所需的用户卫星。星间通信要求精确的星上波束指向,本文介绍了一种方法,可用于星上轨道计算并估计由系统所考虑的各摄动所引起的波束指向误差。     

卫星天线双轴定位机构建模与仿真

卫星天线定位机构对控制天线的运动精确具有重要的意义。本文介绍了卫星点波束天线双轴定位机构的基本组成,建立了刚体动力学模型、仿真模型,并开发了仿真软件,对系统进行了仿真。     

飞轮被动减振卫星动力学建模及稳定性研究

为提高卫星的指向精度和稳定度,通常在飞轮系统中设计了被动减振器。而对于有敏捷机动要求的卫星,被动减振器的低刚度设计可能会破坏姿态控制系统的动态性能和稳定性。因此,针对飞轮减振情况,建立了卫星刚柔姿态动力学方程,用来准确分析卫星敏捷机动时的动态性能、稳定性问题以及飞轮扰动对卫星稳定度的影响。仿真结果表明,不合适的隔振器刚度设计将会影响指向的动态性能和稳定性,甚至诱发姿控系统失稳。     

有效性因子在卫星姿控系统集成故障诊断与容错控制中的应用

 研究了在轨卫星姿态控制系统(ACS)发生可修复性故障状况下的集成故障诊断与容错控制。考虑执行机构和敏感器分别或同时出现故障,相应地分别或同时在姿态动力学和运动学方程引入控制有效性因子和测量有效性因子,利用二级卡尔曼滤波算法求解其值,以说明系统的控制以及测量的有效程度。采用统计假设检验通过其幅值变化判断系统是否存在故障,当故障发生时,引入重构容错控制器对原控制器进行补偿控制。建立卫星闭环姿态控制系统对算法进行了仿真验证,仿真结果表明该算法快速可靠,能够满足在轨卫星姿态控制系统故障状况下的性能要求。     

基于地面任务-空间姿态映射的敏捷卫星任务规划

面向观测时间窗口相互重叠的多点目标观测任务需求,对敏捷卫星单星单轨任务规划问题进行研究。针对传统方法在卫星机动能力受限和成像任务冗余两种情况下求解效率低的缺陷,引入任务-姿态协同规划思想。首先,建立地面任务和空间姿态映射关系,并考虑相邻任务间姿态机动时间的最优性使得卫星在观测相邻任务时无多余等待时间,以此来设计任务-姿态协同规划数学模型。其次,根据任务-姿态协同规划数学模型,设计自适应伪谱遗传算法（APGA）,用以求解满足调整时间最优性的敏捷卫星任务规划问题。最后,通过仿真实验,验证了模型和算法能够有效地解决传统算法求解敏捷卫星任务规划问题时存在的求解效率低的缺陷。     

基于ATSUKF算法的卫星姿控系统故障估计

针对卫星姿态控制过程中可能发生的执行机构或敏感器故障，提出了一种基于无损卡尔曼滤波（UKF）及偏差分离原理的自适应二阶无损卡尔曼滤波（ATSUKF）算法。首先，提出TSUKF算法，通过UKF处理姿态机动时的非线性并通过偏差分离原理将非线性系统的状态及故障分别估计，避免非线性模型的线性化过程同时降低了计算过程中的矩阵维度。然后，在TSUKF算法的基础上提出了ATSUKF算法，通过滑动窗口内的残差计算自适应矩阵，使滤波器在统计特性不准确的情况下仍然具有较快的收敛速度，特别适用于卫星快速机动过程中的姿态与故障估计。数值仿真结果表明，ATSUKF算法相较于TSUKF算法能有效降低统计特性不准对系统造成的不利影响，实现卫星姿态、执行机构/敏感器故障的快速估计。     

轻型高精度卫星的变结构姿态控制器

针对某些小卫星高指向精度和高稳定精度的姿态控制要求,设计了能克服反作用轮转速过零扰动的变结构姿态控制器,并对反作用轮转速过零时低速摩擦对卫星姿态产生扰动的机理进行了分析,建立了仿真用反作用轮低速摩擦动力学模型。同 PID控制器相比,该变结构姿态控制器能有效抑制反作用轮的低速摩擦影响,并具有良好的鲁棒性。数学仿真进一步证明了该变结构姿态控制器的有效性,其指向精度和稳定精度分别可达 0.3°和 0.0 0 1°/     

一种基于雷达波束驻留模式的空间碎片轨道参数估计方法

利用窄波束的单脉冲精密跟踪雷达波束驻留模式进行碎片探测是空间碎片环境统计特征描述的一种重要途径。由于该模式观测弧段极短,且无法获取同一目标的多个弧段,因而利用常规定轨方法难以达到理想的效果。在圆轨道假设下,提出了一种利用波束驻留模式获取的单个极短弧计算碎片轨道高度和倾角的方法。首先利用碎片的距离确定其轨道高度;在此基础上,根据推导出的不同波束指向时碎片的距离变化率与轨道倾角的关系,得出其轨道倾角。该方法对于正南、正东指向的雷达波束驻留模式均适用,其中正南指向时还需利用方位角和仰角数据来区分轨道倾角与补角;但不适用于波束指向天顶的情况。仿真结果验证了方法的有效性。     

轨道交角与时间偏差对拦截卫星拦截概率的影响

拦截卫星通过均匀分布的微粒网逆轨拦截目标卫星时,需要确定交会轨道与目标轨道的轨道交角。轨道交角和交会时的时间偏差影响着拦截卫星对目标卫星的拦截概率。研究了对目标卫星主体毁伤情况下,轨道交角和交会时间偏差与拦截卫星拦截概率之间的关系;阐述了有一定交会时间偏差时,轨道交角的选择情况,并对其进行了仿真计算。结果表明,当时间偏差足够大时,轨道交角的误差对拦截概率的影响不明显。     

一种卫星导航接收机固定多波束抗干扰方法

自适应波束形成抗干扰性能受先验信息、通道幅相误差等因素影响较大,在工程应用中实现复杂,鲁棒性较差。针对这一问题,提出了一种卫星导航接收机固定多波束抗干扰方法,该方法将信号空间分为多个子空间,通过最优分配策略选取多个子空间分别实现固定波束指向,并相应地在每个波束后配置独立的卫星捕获跟踪通道组,然后依据最高信噪比准则在所有的子空间中优选卫星进行定位解算。该方法无需先验信息辅助,在抑制干扰信号的同时对卫星信号形成接收增益,在存在工程误差的实际条件下可达到与典型自适应波束形成算法相当的抗干扰性能,且具有鲁棒性强、更易工程实现等优点。最后,通过计算机仿真验证了该方法的有效性。     

5DOF运动仿真试验器的姿态指向对准和误差分析

为了提高5DOF运动仿真试验器的综合精度和运行能力,分析了其结构和控制分项误差对姿态定向精度的综合影响,建立了误差数学模型并给出指向对准精度的设计计算方法及误差影响程度的计算结果;在指向对准关系分析的基础上,利用对准角计算给出了一种可实时判别和防护5DOF运动仿真试验器运动干涉的设计约束条件。     

相控阵雷达捷联波束稳定方法

针对相控阵雷达系统中平台扰动引起的波束指向变化问题,提出一种捷联波束稳定方法。该方法作为独立模块实现,由角速度传感器和信号处理机组成,无需精确的初始姿态。角速度传感器感知平台扰动造成的天线转动角速度,信号处理机完成补偿角的迭代求解和波束的控制。通过算法仿真和利用单轴转台模拟平台扰动验证可得,采用捷联波束稳定方法后,雷达测量角误差明显减小,隔离度指标有了极大改善。因此,该方法能够有效地减小平台扰动对波束指向的影响,易于工程实现,适用于小型化的无人机等平台。     

绕飞监测小卫星姿轨联合自适应控制研究

针对小卫星近距操作过程中轨道和姿态控制问题,建立了小卫星相对轨道和姿态的误差动力学模型。采用相对轨道和姿态联合控制策略,并考虑小卫星作业过程中质量和转动惯量的不确定性,设计了自适应输出反馈控制律,并证明了其稳定性。最后以对圆轨道目标星近距离环航为例,根据作业任务和姿态指向要求,设计了小卫星相对轨道和姿态的期望运动,应用所提出的控制策略及相应的控制律进行了数值仿真。结果表明,系统跟踪误差能够较快收敛,说明了控制策略的有效性。     

跟踪弹道导弹时预警卫星姿态前馈协同控制

基于角动量守恒定理,推导了跟踪弹道导弹时,具有活动部件的预警卫星姿态前馈协同控制。该控制算法基于角动量守恒方程估计红外相机运动产生的角动量扰动以及为抑制该扰动所需的期望飞轮转速,将期望飞轮转速与实际转速的偏差作为前馈信号加入到传统控制系统中,推导出预警卫星姿态前馈控制模型。最后通过数值仿真验证了控制方法,仿真结果与理论分析具有很好的一致性。并且该控制方法简单、可靠,能够适应卫星在轨实时控制。     

圆台阵列杂波模型及空时二维自适应处理

针对圆台共形阵列,建立了空时二维自适应处理(STAP)的杂波模型,给出了圆台阵列杂波抑制最优权值的计算方法。在此基础之上,为了实现可应用到实际环境中的自适应处理方法,进一步讨论了将局部联合域(JDL)降维算法推广至圆台阵列中的问题。得出了圆台阵列JDL算法降维变换矩阵的表达形式,研究了参考波束的数目选取、波束指向等因素对降维损失的影响。理论分析以及仿真结果表明,通过合理选择通道数、波束方位向指向间隔等参数,该算法能够减少自适应波束形成的计算量,而且可以用较少的训练样本获得较好的处理性能。