航天器编队飞行和空间演示验证技术——有人照料空间实验室与平动-转动物理仿真器

航天器编队飞行是近年来国内外航天领域研究的热点问题,同时也是空间技术今后一个重要发展方向。为此文章首先讨论航天器编队飞行特点;其次研究编队飞行今后能否获得顺利成功应用,有关它的各种算法和软件空间飞行演示验证技术和方法;最后介绍了美国麻省理工学院空间系统实验室（MITSSL）对航天器编队飞行算法软件空间演示验证的方法和实验。     

GPS在航天器编队飞行任务中的基础性作用

GPS正在改变航天器的测控格局 ,拓宽卫星和星座控制技术 ,从而构成空间编队飞行定时、测量和控制的技术基础。国内外已开发出对航天器编队飞行任务进行精确定位和导航的GPS方案。GPS将充当一大类多航天器编队飞行任务的导航系统。在当前开发的空间编队飞行技术中 ,编队航天器的测量和控制、星间链路通信、任务综合与验证、编队飞行试验台、分散式控制、高轨道航天器的相对导航等 ,无一不与GPS息息相关     

航天器编队飞行相对运动轨迹优化方法综述

针对航天器编队飞行过程中存在的轨迹优化问题,首先系统综述其多种相对运动动力学模型,分类比较模型的特点,并考虑航天器运动环境和不同求解方法阐述编队轨迹优化问题。在建立数学优化模型的基础上描述该问题的一般形式,提出了航天器编队飞行相对运动轨迹优化问题的难点。综述航天器编队飞行构建或重构任务中轨迹优化问题的求解方法,总结分析其优缺点,并介绍常用的数学求解工具。最后,提出值得深入研究的关键技术需求和航天器编队飞行未来发展的重要方向。     

一种基于一致性理论的航天器编队飞行协同控制方法

为提高航天器编队飞行控制的协同性,研究了基于一致性理论的航天器编 队飞行协同控制方法。首先,讨论了航天器编队飞行中的一致性问题;其次,建立了航天器 编队飞行六自由度动力学模型;然后,应用一致性理论设计了非线性控制律,通过仿真验证 了控制方法有效,并且可以适用于动态的航天器编队飞行通信拓扑结构。
     

星载GPS接收机的设计与应用

随着空间技术的不断发展，星载GPS接收机已经逐渐发展成为航天器的一个重要平台载荷。它可以为航天器提供全球、全天候、实时、高动态、高精度的导航信息，并且提高航天器运行的自主性。本文对星载GPS接收机的设计及其在航天器，特别是编队飞行中的应用进行了阐述。文章介绍了几项应用GPS技术进行编队飞行的空间计划，指出了载波相位差分GPS技术在编队飞行相对导航中的重要作用；介绍了清华一号纳型卫星上的星载GPS接收机的研究进展，并在此基础上提出了编队飞行相对导航系统的设计方案。     

分布式空间系统和航天器编队飞行辨析——兼谈航天器知识编队和精确编队飞行应用实例

小卫星技术的迅速发展和应用,为空间应用开辟了许多新领域,同时出现了很多新概念和新名词。文章对分布式卫星系统、编队飞行、星座、星群以及空间敏感器网等概念及其相互之间的区别进行了系统论述,也介绍了航天器知识编队和精确编队飞行的应用实例。     

基于非线性滤波技术的多航天器编队飞行相对导航

航天器编队飞行协调工作,必须精确确定各航天器的相对位置和相对速度,即进行编队飞行相对导航,本文提出了一种UKF和卡尔曼滤波组合的非线性滤波算法,并将算法应用于编队飞行的载波相位差分GPS相对导航。     

纳型卫星编队飞行技术现状及发展趋势

对纳型卫星编队飞行进行了较全面综述,包括编队飞行、特点与现状以及空间飞行试验。根据空间市场预测,未来纳型卫星年发射量将占全球卫星总发射量1/3以上。文章据此论述了15个典型的纳型卫星编队飞行应用实例,总结了纳型卫星编队飞行的最新应用特点和发展方向,对我国发展纳型卫星编队飞行具有借鉴意义。     

GPS技术的发展及在航天器导航定位编队飞行中的应用

GPS技术广泛应用于航天器的定位领域，拓宽了卫星和星座的测控技术，正逐渐成为编队飞行航天器测量与定位的重要技术手段。国内外已经对GPS应用于编队飞行的精确相对定位技术进行了大量的方案设计和试验研究，并得出了许多有用的结论。该文介绍GPS相关技术的发展历程和在航天器导航定位特别是编队飞行相对定位中的应用研究。     

基于激光实时跟踪测量的航天器编队相对位置测量方法

为了解决编队航天器间相对位置的高精度测量，实现航天器编队自主飞行，提出基于激光实时跟踪测量航天器间相对位置的测量定位方法，建立了航天器间相对位置测量的数学模型。该测量方法在直角坐标系下用Hill方程建立编队航天器相对运动模型，得出航天器相对运动轨迹的解析解，在极坐标系下建立航天器间相对位置的激光跟踪测量模型，将激光跟踪测量系统的测量值转换到直角坐标系，对转换误差进行去偏差补偿，利用卡尔曼滤波方法进行数据处理，以提高航天器间的相对位置测量精度。仿真结果表明，若对于测距精度为5厘米，测角精度为0．1度的激光跟踪测量系统，采用去偏差转换测量卡尔曼滤波方法，航天器空间相对位置精度可达到厘米量级。     

国外星载SAR系统的最新进展

简述了日本、意大利、德国、加拿大等国发展SAR卫星的近况;重点论述和研究了国外主要星载合成孔径雷达系统的技术指标和性能;在对比分析的基础上,提出我国应对国外星载SAR系统工作模式、数据格式及采用的新技术、新算法等进行研究,对高精度的轨道保持技术和姿态控制技术,分布式编队小卫星SAR系统总体技术等关键领域开展攻关。     

火星EDL导航、制导与控制方案综述与启示

进入、下降与着陆（EDL）导航、制导与控制(GNC)对于成功着陆火星起着决定性作用。首先详细地介绍了火星EDL的技术需求与GNC面临的挑战;然后系统地总结了国外历次成功火星任务的EDL导航、制导与控制方案;接着有针对性地梳理了我国现有航天工程任务中可加以利用的技术基础;最后,在对比分析已有技术的基础上,对我国未来的火星探测工程EDL导航、制导与控制技术研发给出了初步的建议。     

编队飞行卫星在间断式导航、天基干涉仪和分工式工作星的可行性构想

对将编队飞行卫星应用于用户间断性三维无源自主定位导航 ,用干涉仪对敌方目标被动定位和卫星分工式工作的可行性进行初步分析对比研究 ,除指出这些构想的队形要求和优点外 ,同时也给出其缺点和存在的困难     

火星进入段自主导航技术研究现状与展望

基于国际上成功着陆的火星探测任务和未来火星着陆探测技术的发展需求,阐述了火星进入段自主导航的必要性。首先总结了火星进入段自主导航技术的研究现状与发展趋势,随后分析了火星进入段自主导航的特点以及所面临的挑战,并概括了火星进入段自主导航所涉及的关键技术。最后对我国未来火星探测任务进入段的自主导航技术发展方向进行了展望。     

Products from NASA's in-space propulsion technology program applicable to low-cost planetary missions

Since September 2001, NASA's In-Space Propulsion Technology (ISPT) program has been developing technologies for lowering the cost of planetary science missions. Recently completed is the high-temperature Advanced Material Bipropellant Rocket (AMBR) engine providing higher performance for lower cost. Two other cost saving technologies nearing completion are the NEXT ion thruster and the Aerocapture technology project. Under development are several technologies for low-cost sample return missions. These include a low-cost Hall-effect thruster (HIVHAC) which will be completed in 2011, light-weight propellant tanks, and a Multi-Mission Earth Entry Vehicle (MMEEV). This paper will discuss the status of the technology development, the cost savings or performance benefits, and applicability of these in-space propulsion technologies to NASA's future Discovery, and New Frontiers missions, as well as their relevance for sample return missions.     

Autonomous navigation of formation flying spacecrafts in deep space exploration and communication by hybrid navigation utilizing neural network filter

Autonomous navigation of spacecrafts is a difficult task, however, which is a must in future deep space exploration. With multiple spacecrafts flying in space, this aim can be achieved by formation flying spacecraft (FFS) utilizing inverse time difference of arrival (ITDOA) and inverse difference Doppler (IDD) methods, which can locate the position of earth-station from one-way uplink signals in the FFS coordinate, and by way of conversion of coordinates, the position of FFS is achieved in earth-centered earth-fixed (ECEF) coordinate. The ability of neural network (NN) filter in navigation to extract position of spacecrafts from random measuring noise of signal arrival time and Doppler shift is studied with different radius of FFS and surveying parameters. The NN filter used by spacecraft group is new way of unidirectional autonomous navigation and is of high precision of hybrid navigation.     

地球同步轨道卫星编队飞行的区域性导航系统方案

卫星编队飞行组成虚拟平台 ,这是当前一个完全崭新和开拓性的研究课题。根据与时俱进 ,开拓创新的精神 ,本文提出一个地球同步轨道卫星编队飞行组成的区域性导航系统方案。这是至今为止在相同精度和相同覆盖区条件下卫星数量最少的 ,也是投资经费最低的导航系统方案     

PRISMA—A formation flying project in implementation phase

The PRISMA project for autonomous formation flying and rendezvous has passed its critical design review in February–March 2007. The project comprises two satellites which are an in-orbit testbed for Guidance, Navigation and Control (GNC) algorithms and sensors for advanced formation flying and rendezvous. Several experiments involving GNC algorithms, sensors and thrusters will be performed during a 10 month mission with launch planned for the second half of 2009.The project is run by the Swedish Space Corporation (SSC) in close cooperation with the German Aerospace Center (DLR), the French Space Agency (CNES) and the Technical University of Denmark (DTU). Additionally, the project also will demonstrate flight worthiness of two novel motor technologies: one that uses environmentally clean and non-hazardous propellant, and one that consists of a microthruster system based on MEMS technology.The project will demonstrate autonomous formation flying and rendezvous based on several sensors—GPS, RF-based and vision based—with different objectives and in different combinations. The GPS-based onboard navigation system, contributed by DLR, offers relative orbit information in real-time in decimetre range. The RF-based navigation instrument intended for DARWIN, under CNES development, will be tested for the first time on PRISMA, both for instrument performance, but also in closed loop as main sensor for formation flying. Several rendezvous and proximity manoeuvre experiments will be demonstrated using only vision based sensor information coming from the modified star camera provided by DTU. Semi-autonomous operations ranging from 200 km to 1 m separation between the satellites will be demonstrated.With the project now in the verification phase particular attention is given to the specific formation flying and rendezvous functionality on instrument, GNC-software and system level.     

编队飞行航天器测量通信一体化系统的交互链路技术

实现航天编队飞行需要有测量系统测定队列成员的相对位置、姿态和时间,还需要通信系统在编队成员间交换工程数据和科学实验数据。测量系统和通信系统都是实现航天编队飞行的核心技术。基于卫星导航技术,将卫星导航接收机、伪卫星发射机、伪码扩频序列通信和测距链路及相关数据处理模块组合,组成射频收发器,可以构成完成上述功能的测量和通信一体化系统。文中根据国外已有的实践经验阐明射频收发器设计中的交互链路设计技术,包括关于链路拓扑的考虑是采用星形网络还是网形网络;采用相控阵波束形成、分路多路径接收和多用户检测技术;采用半双工码分多址的多路传输体制和打包的信号结构;既可用兼用GPS和交互链路的相对导航,也可只用交互链路测距实现相对定位导航;在编队内外的星间通信乃至星地通信中引入移动IP功能等。航天器本身必须具备适应空间环境的耐辐射能力。