天基红外低轨星座的传感器管理方法

针对天基红外低轨卫星与目标高速相对运动以及导弹防御系统的特点,分析了天基红外低轨星座传感器管理的模型。根据只测角观测模型,使用GDOP作为控制跟踪精度的因子,综合考虑多目标观测成功率、卫星交接次数、传感器调度延迟以及实时运算等条件,使用单步前向预测的动态闭环控制结构进行传感器管理。仿真结果表明,提出的算法能够对天基红外低轨星座的传感器进行有效管理。     

红外低轨星座凝视传感器的空间覆盖性能分析

针对探测冷背景条件下的空间目标的红外低轨系统,分析了红外低轨星座中凝视传感器对空间目标的探测特点,建立了红外凝视传感器的几何观测模型,考虑其探测距离和范围的约束,提出了一种红外凝视传感器对空间区域的覆盖判定方法,并给了一组表征星座凝视传感器对空间区域覆盖性能的指标。基于点覆盖数值仿真方法,得到了典型红外低轨星座凝视传感器的多重覆盖空间高度分层分布、纬度带多重几何覆盖分布以及立体空间区域多重覆盖高度分布等方面的性能特征,可以体现星座对空间立体区域覆盖的差异性。仿真结果表明了覆盖判别方法和空间覆盖性能指标的有效性,结论可为红外低轨星座设计及其空间应用设计提供一定的参考依据。     

天基红外低轨星座对目标的跟踪算法研究

建立了天基红外低轨星座对自由段目标的观测模型,考虑了精确的目标运动模型。针对天基红外低轨星座的任务特点,从收敛速度、估计精度、估计有效性以及运算效率等方面比较了批处理滤波、EKF、UKF、高阶UKF和粒子滤波等算法的性能。仿真结果表明,综合考虑各种因素的影响,UKF具有最佳估计性能,能够对天基红外低轨星座中自由段目标进行有效跟踪。该文的理论分析和仿真实验对天基红外低轨星座的跟踪滤波器设计具有重要的指导意义。     

星座覆盖性能数值仿真

星座对地覆盖性能要求是进行星座设计的主要依据。根据视函数法和地心法，建立了星座覆盖性能评定的数值仿真方法。以GPS为例，对其覆盖性能指标进行了仿真。给出了GPS星座的视函数图，累积出覆盖统计特性，并且评价了覆盖质量。另外对GPS星座的相位以及降级情况（一颗或几颗卫星损坏)下的覆盖质量进行了分析。最后对两种方法的仿真结果进行了分析比较。本文所建立的数值仿真方法对星座设计具有一定的参考价值。     

基于中低轨星座对弹道导弹监视的可探测模型

分析了中低轨卫星及星载红外传感器对导弹目标的可探测性因素,提出了几何可见、光学可见和设备可见的概念,建立了单星对导弹的可观测模型。对Walker-δ星座的3*7,7*3两种构型进行了仿真,讨论了传感器工作模式和作用距离的影响,以及可见率的数值特性,并演示了3个任务对单弹道接力跟踪的典型情形。     

低轨光学星座目标监视信息处理技术分析

以空间跟踪与监视系统(STSS)为原型,对低轨光学星座目标监视信息处理技术进行了综述。作为典型的低轨光学星座,STSS能对高速运动目标进行全程连续跟踪监视。该星座预计将由24~30颗卫星组成,介绍了其体系结构、平台与载荷的特点和性能。星座具备多载荷、多波段协同探测能力且星上信息处理能力强大。给出了星座对目标的分布式跟踪监视信息处理结构与流程,归纳了杂波背景抑制与目标检测捕获、多目标跟踪、目标识别,以及星座传感器管理等关键技术。讨论了光学星座信息处理中空间邻近目标分辨、目标群跟踪、机动目标跟踪、真假目标识别,以及信息处理总体技术等技术难点和发展趋势。     

中低轨红外预警星座基于自由段跟踪的单星覆盖性能

推导了中低轨天基红外星座中单颗卫星基于自由段跟踪时的空域覆盖体积与星下黑体积,研究了其随轨道高度变化的规律,分析了存在切地角影响时的体积变化,并进行了计算。     

基于GEO带观测的天基光学监视系统设计

基于重访周期对GEO带观测的天基光学空间监视系统进行了设计.首先,在建立重访周期与轨道高度、扫描带宽度关系的基础上,对监视卫星轨道进行了设计;其次,为延长对GEO带的观测时间,通过调整相机指向使其垂直于卫星轨道面,并与卫星本体+Y方向一致,对相机指向进行了设计;最后,基于GEO目标观测时效性要求,对天基光学监视星座进行了设计.仿真结果表明,在自然交会观测模式下,本文设计的监视系统单星4天可实现对GEO带重访一次.与SBV相比,重访周期缩短了1天,4颗卫星组成的天基监视星座每天能够对GEO带重访一次.     

一种新的升力式再入投送系统轨道部署方法

针对天基再入投送系统与传统星座轨道部署问题的不同,建立了用于轨道部署覆盖性能仿真的星下点轨迹、覆盖条带计算模型和覆盖判别条件模型;针对传统部署方法的不均匀性,提出了一种新的升力式再入飞行器全球部署方法。该方法采用双倾角条带覆盖方式克服了传统部署方法的固有缺陷,既实现了全球覆盖又提高了重点区域的覆盖重数。仿真结果表明该部署方法的覆盖性能相对传统方法有明显提高,在满足全球100%覆盖的同时又对重点区域的覆盖重数提高了约20%,覆盖性能优异。     

卫星星座区域覆盖问题的快速仿真算法

针对卫星星座对地面区域的覆盖性问题,提出一种快速求解方法—经度条带法.首先将全球划分为若干个经度条带,并得到一个地面区域所在的纬度区间,然后根据球面几何关系和卫星覆盖与几何形状计算卫星对每个条带的覆盖情况,最后再综合统计得到覆盖率.基于此方法,推导了星座瞬时性覆盖和时段总覆盖的计算公式.数值仿真实验表明,该算法计算结果精确,具有较好的稳定性,计算效率较高.     

具有星间链路的星座相位设计

通过分析星座空间构形的变化规律，综合考虑星座空间构形对地面覆盖特性、星间链路、空间测量精度以及工作性能的影响，利用改进的层次分析法对星座相位进行优化设计。通过对全球覆盖星座进行仿真，验证了方法的可行性。     

采用改进非支配近邻免疫算法的低轨混合星座设计优化

针对低轨同构星座覆盖资源在纬度上分布不均匀的不足,提出采用低轨混合星座提升覆盖均匀性的设计方案,并推导了满足全球任意点平均每天覆盖一定次数的最小卫星规模估算公式。针对非支配近邻免疫算法（NNIA）约束处理方面的不足,提出基于约束支配的改进非支配近邻免疫算法（Modified NNIA）,并以此设计了一种低轨混合星座优化平台来优化带约束的星座设计问题。仿真结果表明,改进的NNIA算法在收敛速度和多样性上均优于非支配分层遗传算法（NSGA II）和多目标粒子群算法（MOPSO）,可大大提高星座设计的效率。同时优化结果也表明低轨混合星座可提高覆盖的均匀性和大部分区域的覆盖次数,进而减少特定覆盖要求所需的卫星数目。     

导航星座的任务重构技术研究

以COMPASS卫星导航星座为对象,研究了导航任务的重构技术。首先,对COMPASS卫星导航星座的主要性能进行了分析和仿真;其次,分析了星座中部分卫星失效后对导航性能的影响;最后,提出了分别利用在轨运行的高、中、低轨卫星及临近空间飞行器进行任务重构的方法,并对重构后的导航性能进行了仿真。仿真结果表明：提出的任务重构方法对于保证导航星座的正常运行是有效的。同时,对于研究飞行器应急测控技术具有借鉴意义。     

基于STK的星座设计与性能评估

分析了区域性覆盖星座的任务要求及设计特点，结合我国周边地区的地理情况，提出了一种利用太阳同步回归轨道的低轨道区域性覆盖星座设计方案，并应用STK仿真软件完成了该星座的设计与性能评估。仿真结果表明，该星座完全满足对区域性覆盖的任务要求。     

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.     

区域覆盖混合星座设计

针对我国邻海海上运动目标探测的需求,提出一种由多种类型卫星构成的区域覆盖混合星座系统方案。选择了合适的轨道类型,利用轨道动力学特性保持不同高度卫星构成的星座的构形;提出了星座配置方案,确定了不同类型卫星的协同工作方式和顺序等;在此基础上给出了轨道设计方法。最后设计了一个由海洋监视卫星簇、光学成像卫星和SAR卫星组成的星座。仿真表明,该星座能够实现预定的设计目标,保持一定的空间和时间关系对给定地区进行一定时间间隔的重访。     

基于PCRLB的低轨星座对自由段多目标的多传感器调度算法

研究了低轨星座跟踪自由段目标背景下的多目标多传感器调度问题.论述了自由段目标运动模型和星载红外传感器测量模型.考虑到目标出现的时空不确定性,面向系统的跟踪性能,建立了基于突发事件和滚动周期的调度框架以及调度与跟踪的闭环结构.基于此,建立了调度的具体算法.特别地,以调度周期内系统的信息增量最大化为目标,详细设计了基于PCRLB的调度策略性能指标.仿真验证了算法的可行性、优越性以及在动态环境中的适应性.     

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。