航宇局拟研制航天飞机使用的捆绑助推器

美航宇局正在研究在航天飞机的助推级上捆绑上两枚固体火箭,以便向大倾角轨道(如极地轨道)发射重载荷,从而满足美空军向极地轨道发射大型军事侦察卫星的要求。同时,利用这种方法还能把别的重载荷发射到其它倾角的轨道上去,所以商业卫星也同样可以使用。现有的航天飞机发射到98度倾角轨道的载荷重量还不足10900公斤,而美空军则要求达到14,500公斤以上。     

小卫星临近作业轨道和姿态联合控制

建立了小卫星相对轨道和姿态的误差动力学模型,根据作业任务和姿态指向要求确定了小卫星相对轨道和姿态的期望运动;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,设计了自适应全状态反馈控制律;数值仿真结果表明该控制律具有较强的自适应性。     

双自旋通信卫星姿态的选择方法

给出一种选择双自旋通信卫星在任意轨道飞行时最佳通信姿态的计算方法。根据测得的轨道平根数及姿态值,应用微机可对卫星轨道参数、星下点轨迹、地面站跟踪条件、姿态测量参数、卫星的太阳角、对应于各测控站的卫星测控天线增益、对应于各通信站的通信天线增益和波束中心地面轨迹进行快速计算,给出飞行试验需要的全部卫星飞行参数。根据飞行试验中对卫星姿态选择的附加限制,可以选择出最佳通信姿态,保证获得最长的通信时间。     

静止轨道地球观测卫星

目前提出的地球观测系统(EOS)由太阳同步轨道卫星(极地轨道平台)和低倾角轨道卫星(地球探测器)组成。地球观测系统将大大丰富我们关于地球系统的科学知识。静止轨道观测台(GEO)则是另一类重要的地球观测系统,有着近地轨道观测卫星所没有的特点,它也将成为“行星地球使命”计划的组成部分。静止轨道观测卫星定点于地球静止轨道上的某一点。利用多颗静止轨道卫星组成观测网可实现近全球、24小时连续覆盖,与“行星地球使命”的其他观测卫星互为补充。     

法国将研制新的军事卫星

法国将于1986年开始研制 Syracuse-2军用通信卫星和光学观测卫星Helios 卫星,预计1992年投入使用。两颗卫星1986年的预算分别为24,200万和12,500万法郎。Helios 将替代原来的 SAMRO 计划,它由4颗太阳同步轨道卫星组成,从1992年起,每隔3年发射一颗。spot 卫星使法国具有研制轨道低于800公里的极地轨道军事侦察卫     

多星近距离绕飞观测任务姿轨耦合控制研究

针对多星近距离绕飞观测任务,建立了相对姿态轨道动力学模型,分别考虑了在椭圆、空间圆绕飞轨道上观测卫星的两种期望三角形编队构型,以观测卫星视线始终指向目标为期望姿态,采用基于四元数和角速度误差反馈的比例 微分控制律以及一种改进的基于人工势场法的制导方法相结合,对相对姿态及轨道进行控制。仿真结果表明：在控制律的作用下,绕飞过程中各观测卫星均能够有效地跟踪期望相对姿态和期望相对轨道;在空间圆绕飞轨道构型中,各观测卫星从初始同一位置出发后,在任意时刻3颗观测卫星构成的编队构型始终为正三角形,且正三角形的边长从零逐渐增大,最终等于期望正三角形构型的边长。     

非线性最小二乘LM算法在卫星姿态计算中的应用

<正> 一、一般的星姿态计算有些遥感卫星在轨道上飞行(图1)时,利用恒星相片确定卫星的飞行姿态对于卫星遥感信息的利用是至关重要的。     

同步卫星发射轨道偏差分析

<正> 一、前言本文的目的在于估计卫星入轨前各轨道参数偏差及运载器制导系统,姿态稳定系统工具误差,发动机冲量偏差等对卫星同步的影响,供同步卫星发射轨道方案设计、运载器制导及姿态稳定系统方案分析参考。     

重力梯度力矩作用下近地卫星自旋运动规律分析

为研究近地卫星自旋运动规律,建立了近地卫星在受摄动影响的轨道上运行并受重力梯度力矩作用下的姿态运动模型,推导了自旋角速率满足一定条件下自旋运动的进动角、章动角、自旋角的解析解,对重力梯度作用下的自旋姿态运动规律进行了仿真分析,并用仿真计算结果验证了解析解的正确性。在轨道面缓慢进动情况下,当卫星绕最大主惯量轴自旋时,给出了自旋角速率取值范围表达式,在该取值范围内卫星自旋运动能够跟随轨道面一起进动,自旋轴以恒定的平均角速率进动,章动角在小范围内波动。建立的自旋姿态运动模型和分析结论可用于近地卫星姿态失控后的姿态确定和预测、在轨姿态设计及在轨备份等。     

光压摄动对卫星姿态轨道耦合的影响分析

随着卫星对地测量精度要求的不断提高, 对卫星轨道的精度要求也随之提高. 目前Topex, Jason-1, Jason-2等一系列海洋测地卫星的轨道计算精度已经达到厘米量级, 相应对卫星动力学模型的要求也越来越精细. 以Topex海洋测地卫星为背景, 考虑卫星帆板有规律的运动, 将其几何形状简化为高精度轨道计算中比较通用的Boxing-Wing模型, 计算了Topex卫星的Boxing-Wing模型在轨运行中受到的太阳光压力及光压力矩. 考虑卫星姿态和轨道耦合的情况下, 计算了太阳光压力及光压力矩对Topex卫星轨道半长轴和卫星姿态的影响. 通过一个轨道周期的计算可知, 光压对卫星轨道半长轴的影响大约为9cm, 对卫星滚动角和俯仰角的影响在6°左右, 因此, 在高精度的轨道计算和姿态控制中这个影响是应该考虑的.      

万向磁悬浮动量轮研究

目前大部分空间飞行器三轴姿态控制采用的是飞轮系统 ,其精度较高 ,而采用磁悬浮轴承支承的动量轮比普通的滚珠轴承动量轮有更高的姿控性能。在此基础上发展的动量矩方向可改变的万向磁悬浮动量轮可以单独实现三轴较高精度的主动姿态控制 ,具有重要的实用价值。同时 ,万向磁悬浮动量轮的研究也为集成能源与姿态控制系统的研究提供了技术支持。文意介绍了万向磁悬浮动量轮在国际上研究和发展的情况 ,概括了其中的关键技术 ,并给出了一种初步的结构设计实例。     

Compensation of time-variable magnetic moments for a precise attitude control in nano- and micro-satellite missions

Theses days, many nano- and micro-satellites are applied to several astronomy and remote sensing missions. In order to achieve mission requirements, these satellites must control the attitude precisely. A magnetic disturbance is one of the dominant sources of attitude disturbances. Therefore, this disturbance should be canceled in-orbit or on the ground to achieve the attitude strict requirements. This paper presents the effect of the magnetic disturbance to the attitude in nano- and micro-satellite missions and the sources of the residual magnetic moment of the satellites, which causes the magnetic disturbance. Then, the paper proposes a method to compensate the residual magnetic moment both in-orbit and in the design phase of the satellites. The research also focused on a time-varying residual magnetic moment. Finally, the method is applied to a micro-astrometry satellite as an example.     

纯磁控微小卫星姿态控制研究

针对微小卫星速率阻尼、姿态捕获及三轴稳定的不同姿态控制模式,设计了采用纯磁控的控制律.首先以轨道坐标系为参考建立卫星模型,然后在卫星能量分析和Lyapunov稳定方法基础上,应用B-dot控制进行速率阻尼,给出了全局稳定能量控制来进行姿态捕获和三轴稳定控制的新方法,同时根据线性化的卫星模型,设计了常系数LQG控制律.仿真结果表明,B-dot可以有效地进行速率阻尼,能量控制策略适用于大角度姿态捕获和三轴稳定,稳定控制时LQG与能量控制相比具有更高的精度,但稳定度略差.      

航天器精确节能模糊脉冲调宽控制器的设计

为实现航天器精确、节能的姿态或轨道控制,提出一种采用脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Modulation)与模糊比例微分PD(Proportional Differential)控制相结合的模糊PD-PWM控制器.其中PWM能将开关型控制转化为相应的精确线性控制,而模糊PD控制在能量消耗限制不同情况下可实现两种快速、节能的控制过程.在分析大气层外拦截器EKV(Extra-atmospheric Kill Vehicle)处于目标捕获和末制导阶段对姿控系统的不同性能要求的基础上,以EKV姿控系统为例介绍了模糊PD-PWM控制器的设计和优化过程.说明了模糊PD控制器隶属度函数的设计、待优化参数的选择以及模糊控制规则的设计,重点叙述了遗传算法GA(Genetic Algorithms)中适应度函数的设计方法,并对隶属度函数进行了优化.仿真结果证明优化后的控制器能满足EKV不同阶段姿态控制要求,具有精确、节能的特点.      

刚体卫星姿态的有限时间控制

针对刚体卫星的姿态控制问题,设计了不存在和存在扰动力矩两种条件下的有限时间状态反馈控制律.对于无扰动力矩情形,基于非线性齐次系统性质,设计了一种便于工程实践性的连续、非奇异的比例微分形式控制算法,保证姿态闭环系统有限时间收敛到零点,而且此算法能直接推广到卫星姿态跟踪问题.对于存在扰动力矩的情形,基于有限时间Lyapunov定理设计的连续、非奇异的控制力矩保证卫星姿态和角速度在有限时间内收敛到原点附近的邻域.当外扰力矩为零时,此控制律使闭环系统状态有限时间收敛到平衡点.数学仿真结果说明了提出的控制算法有效.     

Characteristics and accuracies of the GRACE inter-satellite pointing

For almost 10 years, the Gravity Recovery and Climate Experiment (GRACE) has provided information about the Earth gravity field with unprecedented accuracy. Efforts are ongoing to approach the GRACE baseline accuracy as there still remains an order of magnitude between the present error level of the gravity field solutions and the GRACE baseline. At the current level of accuracy, thorough investigation of sensor related effects is necessary as they are one of the potential contributors to the error budget. In the science mode operations, the twin satellites are kept precisely pointed with their KBR antennas towards each other. It is the task of the onboard attitude and orbit control system (AOCS) to keep the satellites in the required formation. We analyzed long time series of the inter-satellite pointing variations as they reflect the AOCS performance and characteristics. We present significant systematic effects in the inter-satellite pointing and discuss their possible sources. Prominent features are especially related to the magnetic torquer characteristics, star cameras’ performance and KBR antenna calibration parameters. The relation between the magnetic torquer attitude control and the Earth magnetic field, impact of the different performance of the two star camera heads on the attitude control and the features due to uncertainties in the calibration parameters relating the star camera frame to K-frame are discussed in detail. Proper understanding of these effects will help to reduce their impact on the science data and subsequently increase the accuracy of the gravity field solutions. Moreover, understanding the complexity of the onboard system is essential not only for increasing the accuracy of the GRACE data but also for the development of the future gravity field satellite missions.     

月球立方星姿态控制系统的初步设计与测试

立方星是一种模块化的微小卫星,在科学探测与专业人才培养等方面具有重要意义。针对目前立方星任务逐渐从近地轨道向深空扩展的发展趋势,以立方星月球深空任务为背景,利用商业器件设计并实现了初步的立方星姿态控制系统,以及姿态控制系统所必需的结构、电源、计算机等立方星子系统,同时给出了姿态测试平台的设计方案及其硬件实现。在所搭建硬件平台上,通过测量飞轮控制器的阻尼系数,对控制模型进行参数辨识与标定,获得了与数值仿真一致的实物测试结果。针对姿态控制系统设计了PD控制律,并在控制实验中实现了至任意姿态角的机动控制。     

Two degree-of-freedom spacecraft attitude controller

Two degree-of-freedom controller is designed together with its governing equations for a spacecraft pitch attitude control. The attitude controller incorporates the Active Force Control (AFC) technique into the conventional Proportional-Derivative (PD) controller based spacecraft pitch attitude loop. The PD-AFC attitude controller is then employed to enhance the attitude pointing of the Combined Energy and Attitude Control System (CEACS). Numerical treatments are performed to validate the effectiveness of AFC, whereby the CEACS attitude performance is analysed from its accuracy point of view. The results show that the PD-AFC attitude control performance is superiorly better than that of the solely conventional PD type.     

Integrated orbit and attitude hardware-in-the-loop simulations for autonomous satellite formation flying

Development and experiment of an integrated orbit and attitude hardware-in-the-loop (HIL) simulator for autonomous satellite formation flying are presented. The integrated simulator system consists of an orbit HIL simulator for orbit determination and control, and an attitude HIL simulator for attitude determination and control. The integrated simulator involves four processes (orbit determination, orbit control, attitude determination, and attitude control), which interact with each other in the same way as actual flight processes do. Orbit determination is conducted by a relative navigation algorithm using double-difference GPS measurements based on the extended Kalman filter (EKF). Orbit control is performed by a state-dependent Riccati equation (SDRE) technique that is utilized as a nonlinear controller for the formation control problem. Attitude is determined from an attitude heading reference system (AHRS) sensor, and a proportional-derivative (PD) feedback controller is used to control the attitude HIL simulator using three momentum wheel assemblies. Integrated orbit and attitude simulations are performed for a formation reconfiguration scenario. By performing the four processes adequately, the desired formation reconfiguration from a baseline of 500–1000 m was achieved with meter-level position error and millimeter-level relative position navigation. This HIL simulation demonstrates the performance of the integrated HIL simulator and the feasibility of the applied algorithms in a real-time environment. Furthermore, the integrated HIL simulator system developed in the current study can be used as a ground-based testing environment to reproduce possible actual satellite formation operations.     

基于LQR的小卫星磁姿态控制设计

 研究仅采用磁力矩器作为执行机构的近地小卫星姿态控制问题。通过对刚体卫星的非线性动力学和运动学方程在平衡点处进行线性化处理,得到一个线性周期时变系统,应用线性二次最优调节器理论设计出最优磁矩控制律。最后针对某小卫星进行了仿真验证,结果表明所设计的最优控制律可以很好地完成三轴姿态稳定任务。