卫星点波束天线的多目标指向优化研究

卫星天线波束常常需要同时覆盖特定区域内多个目标,为保证目标接收卫星信号的增益要求,需对其指向进行优化。以我国某卫星点波束天线为研究对象,将天线功率辐射模型引入卫星指向计算模型中,完成了指向目标的增益计算。运用最优化原理分析了多目标指向增益优化模型,在无约束条件下,指向增益最优点在标称三目标构成的三角形重心位置;有约束条件下,最优点在满足相应约束下偏离无约束最优点。多目标指向优化理论研究对点波束天线的高精度指向及确保目标的通信特性提供了适用的工程模型,具有极强的工程应用价值。     

一种低轨卫星星座覆盖性能通用评价准则

针对不同构形卫星星座的统一评价问题,提出了一种低轨星座覆盖性能的通用评价准则,可对不同构形和不同高度的星座对地覆盖性能进行统一评价。该准则将星座的对地仰角特性转化为具有相同覆盖能力的标准卫星数,以之同星座中实际卫星数的比值作为星座覆盖性能指数对星座实施评价。利用该评价准则,计算了Iridium、Globalstar、Celestri和NeLS四种星座构形覆盖性能的评价指数并提出了改进方法。     

基于均匀设计的空间目标监视卫星覆盖能力仿真分析

将均匀设计方法应用到空间目标监视卫星覆盖能力仿真分析中是一种有益的尝试。在本文中,提出了利用均匀设计方法安排试验、STK仿真软件模拟试验的研究思路,能够更简单、更省时地分析空间目标监视卫星覆盖能力指标与各影响因素之间的关系。通过回归分析与规划求解得到最好的覆盖能力指标及各因素配置方案,对空间目标监视卫星覆盖能力的提高、轨道部署的优化和应用的拓展很有裨益。
     

基于多层材料的卫星目标电磁散射特性仿真分析

文章给出了一种多层材料覆盖的卫星目标雷达散射截面的建模与计算方法,并利用该方法对理想导体的立方体和圆柱体进行仿真验证。最后给出了卫星目标RCS的计算实例,对比了纯金属材料的卫星体与多层材料覆盖的卫星体RCS的结果。     

静止轨道卫星姿态偏置对天线方向图影响的分析

地球静止轨道（GEO）卫星通常具备滚动、俯仰姿态偏置能力,即卫星滚动或俯仰姿态控制目标角度不是0°,而是某一设定角度,以便卫星定点位置改变时也能确保天线方向图覆盖满足要求。文章对某GEO卫星姿态偏置后对天线方向图及卫星其它性能的影响进行了分析,给出了卫星姿态偏置情况下天线覆盖区域的计算方法,在计算时考虑了卫星轨道倾角的影响。分析结果表明：由于卫星天线方向图设计时均有一定的设计裕度,卫星定点位置发生变化时,通过进行姿态偏置,可使其天线方向图满足用户使用要求,卫星在轨测试及运行结果也验证了这一结论。     

32颗GPS卫星星座空间覆盖特性建模与仿真

GPS卫星要准确完成定位功能可见卫星数应不少于4颗.通过建立针对低轨、中高轨和大椭圆轨道目标卫星的GPS信号空间几何覆盖模型,利用Matlab计算针对低轨、中高轨和大椭圆轨道的可见卫星数,对目前美国32颗GPS卫星星座的空间覆盖特性进行仿真.仿真结果显示,32颗GPS卫星星座不仅可以对低轨目标实现全轨道覆盖,而且对中高轨和大椭圆轨道也有所覆盖,大大扩展了24颗GPS卫星星座的空间应用.     

一种基于球面剖分的星座性能分析方法

在卫星星座优化设计与性能分析过程中,根据球面Delaunay三角网和Voronoi图的特性,首先研究了任意状态下星座空间几何构形划分方法,定义了卫星所属覆盖区域。然后,通过分析卫星星座和地面目标区域之间的几何关系,提出了星座对任意类型地面目标的最小观测仰角和平均观测仰角的确定性计算方法。在此基础上,分析了基于星座空间几何构形划分的卫星系统网络的时变特性,提出了星间通信链路快速建立方法。最后,以铱星系统为例,分析了该系统的对地覆盖能力和星间链路通信能力。实验结果表明该方法不仅可以准确、快速的评估卫星系统应用效能,同时能够为星座优化设计人员提供必要的决策支持。     

卫星导航系统功率增强对区域定位服务性能的影响分析

在导航战中,卫星功率增强技术是提高战区军用接收设备抗干扰性能的重要措施。文中以walker 27/3/1 星座为例,以满足战区中心4颗可见卫星的最小定位要求为目标,提出基于最优GDOP值准则和基于最少切换次数准则的两种卫星功率增强策略,从卫星功率增强区域的覆盖性、可用性以及控制的复杂性三个方面,仿真分析并比较了两种卫星功率增强策略下的定位服务性能。仿真结果表明,实施卫星功率增强在保证目标区域具备全时段服务能力的同时,还将对全球10～20%的区域形成部分时段覆盖,基于最优GDOP值准则的卫星功率增强策略和基于最少切换次数准则的卫星功率增强策略分别在GDOP值分布和控制复杂性方面具有优势,鉴于上述两种功率增强策略的特点及存在的不足,本文最后提出了一种折中考虑控制复杂度和服务性能的改进方案。     

地球同步轨道区域电磁频谱监视效能分析

地球同步轨道区域电磁频谱的监视效能进行了分析和仿真。首先针对目标卫星主瓣,进行了频谱监视的目标覆盖率与监视概率分析,结果表明通过主瓣方式实现频谱监视的可行性较差;进而提出基于目标卫星副瓣进行频谱监视的方法。理论分析得到了实现同步轨道目标卫星全覆盖的轨道高度差、监视角及监视距离之间的关系;最后以实际在轨的同步轨道卫星作为目标样本库,进行目标覆盖率仿真分析,结果验证了基于目标卫星副瓣进行地球同步轨道区域电磁频谱监视是可行的。     

基于点云的空间非合作目标结构识别问题研究

在空间非合作目标捕获任务中，从传感器数据中识别出目标表面的可抓取结构是一个有待解决的问题。以卫星点云数据集作为对象，对4种基于神经网络算法(PointNet、PointNet++、SPLATNet和SO-Net)在卫星结构分割识别任务中的性能进行了比较分析。为了能够更好地测试算法性能，基于NASA在线数据库构建了训练测试数据集，并给出一种点云数据的快速构建方法。使用该方法，可以实现成批量地生成点云数据。仿真测试结果显示:PointNet++在卫星完整点云数据集和非完整点云数据上的分割准确率都是最高，并且分割效果也优于其他算法。     

分布式卫星系统在轨操作的多目标分配

针对空间在轨操作目标分配问题,以分布式卫星系统为研究对象,提出了一种基于粒子群算法的在轨操作多目标分配方法。以分布式卫星机动所消耗的总能量最省为目标函数,建立了在轨操作多目标分配的数学模型。基于固定时间拦截理论,以机动时刻和对应的速度增量作表征,设计实现了单颗卫星最优机动方案。通过合理设计粒子位置与目标分配解的对应关系,采用粒子群算法对问题进行了求解,并详细阐述了算法的实现步骤。算例分析结果表明,建立的模型和算法能够快速得到正确的可行解,可有效解决多约束条件下空间在轨操作的多目标分配问题。     

太阳同步卫星的轨道设计

在轨道六要素的基础上，分析了卫星太阳同步轨道设计时降(升)交点地方时、升交点赤经，以及冻结轨道参数等的确定方法。并给出了在轨道交点周期、回归圈数、回归周期、重复周期和其他因素等约束条件下的轨道设计要点。最后给出了一个轨道高度750～800km，卫星太阳同步轨道、冻结轨道和回归轨道的算例。     

低轨卫星编队飞行的地面覆盖及轨道调整

通过施加冲量的方法消除J2项摄动和大气阻力摄动对编队飞行的影响,在编队的相对构型和整体绝对位置得到控制后,研究了低轨卫星编队飞行的地面覆盖问题,最后通过算例给出了卫星编队在南北纬86°之间全球覆盖所需的时间、周期、圈数和覆盖角。计算结果表明,对于偏心率较小的低轨编队飞行,根据本文所推导公式计算出的结果是比较可靠的。     

中长期轨道预报中大气阻力系数补偿算法的研究

利用地磁平静期的CHAMP卫星精密星历对多个弧段的大气阻力系数进行解算,找到了适用于轨道预报的最优系数,分析了最优阻力系数与地磁指数、迹向残差的关系,利用线性回归分析建立了大气阻力系数补偿算法。针对中长期轨道预报的需求,该算法能够降低定轨弧段较短条件下阻力系数的解算误差。将该补偿算法应用于不同时期CHAMP卫星和天宫一号的轨道预报,验证了该算法的正确性和普遍适用性,结果表明预报精度能够提高20%以上。     

基于半参数回归模型的批处理确定卫星轨道方法

由于卫星轨道观测数据中含有非线性影响因素,必然会降低定轨精度。在半参数 回归模型的基础上,应用小波阈值去噪算法估计并消除观测数据中存在的非线性影响因素, 提出了基于半参数回归模型的批处理确定卫星轨道的方法,以提高定轨精度;然后,在理论 上证明了在测量数据存在非线性影响因素的情形下,基于半参数回归模型的批处理确定卫星 轨道方法的定轨精度高于经典的批处理定轨精度;最后,对中低轨卫星应用批处理定轨进行 了仿真。结果表明：基于半参数回归模型的批处理确定卫星轨道方法分离出观测数据中的 白噪声和非线性影响因素,从而可以在观测数据中消除非线性影响因素,提高定轨的精度。     

卫星编队的多冲量轨道机动路径规划方法

基于多冲量轨道机动控制,研究应用微小推力发动机来实现卫星编队轨道机动控制的方法。首先简单介绍轨道机动控制的多冲量次优解的求解方法,并把此方法的改进算法应用于卫星编队的整体轨道机动控制;为降低单次冲量值,应用小推力发动机实现轨道机动,提出了卫星编队多冲量轨道机动的路径规划方法,这种方法把一个多冲量轨道机动过程分成多个来实现;最后,数值仿真结果表明:该方法简便、实用,可以解决单次冲量值过大而不易实现的问题,同时对于轨道摄动因素的影响具有鲁棒性。     

基于测距观测的静地卫星定轨精度分析

在卫星动力法定轨的协方差分析基础上,提出了一种针对地球静止轨道(GEO)卫星的简化定轨精度分析方法。根据GEO卫星的线性化状态转移方程,通过设定地面跟踪网坐标和卫星星下点经度计算叠加矩阵,由观测弧长和采样间隔直接计算定轨精度评定公式中的主要部分。公式扩展后,能比较各种系统误差源对定轨精度的影响,并将影响较大的作为附加参数纳入估计过程并重新评价定轨精度。用该法对10 m定轨精度的测距跟踪网优化设计和测距偏差对定轨精度的影响特性进行分析的结果表明,测量系统中的系统性误差可能以近20的放大倍率传播到卫星沿迹方向和法向,且不能通过自校准测距常值偏差提高定轨精度。     

采用遗传算法进行区域覆盖卫星星座优化设计

区域覆盖星座的研究具有很大的现实意义。本文建立了一种比较通用的区域覆盖星座模型，将遗传算法用于该模型，建立了一整套区域覆盖星座的优化设计办法，算例说明了该算法的有效性。这种优化设计法具有一定的理论和实用意义。     

有限推力作用下相对运动的轨道控制方法研究

研究卫星在有限推力作用下的相对运动轨道控制问题。给出在地心惯性系描述的卫星相对轨道运动方程,根据最优控制理论提出一种有限推力作用下近似最优的轨道控制方法,该方法能适用于空间三维的轨道机动控制问题,最后通过数学仿真进行了验证。     

中低轨道卫星星座间的激光链路

阐述在中低轨道卫星星座全球通讯网络中应用的激光星间链路与在中继星间应用的激光星间链路相比，所具有的明显的优势。同时给出了应用于小卫星上的小光学用户终端的基本组成，并指出了当前在中低轨道卫星星座激光星间链路研究中所应当进行的主要研究方面。