基于主星带伴随小卫星编队系统的AT-INSAR研究

针对主星带伴随小卫星编队雷达系统的特点和AT INSAR的基本原理,本文对主星带伴随小卫星编队雷达系统执行AT INSAR任务进行了比较全面的分析。本文建立了主星带伴随小卫星编队雷达系统AT INSAR模型。基于这个模型分析了临界基线、测速精度,以及动目标检测等性能。最后,对一个L波段的主星带伴随小卫星编队系统完成AT INSAR任务进行了仿真。结果表明,测速精度对于编队小卫星的基线测量精度要求相对较高,而且检测地面慢速运动目标是可行的。     

考虑地球扁率的大椭圆轨道编队飞行优化设计

大椭圆轨道上卫星编队的相对运动特性及其所受摄动力的影响给编队轨道设计者提出了新的挑战.本文总结了大椭圆轨道卫星编队的五种基本形式,利用数值积分法计算了主星轨道倾角、近地点角和平近点角初值对地球扁率作用下基本编队形式相对位置极值点漂移量的影响规律.结合零J2项摄动条件,提出基于主星平近点角初值的J2项编队相对轨道优化设计方法,进而获得瞬时根数描述的编队初始条件.仿真算例表明：优化设计结果可以明显降低大椭圆轨道编队卫星的相对漂移量,与平根数描述的编队初始条件的设计结果相比,相对距离极大值点的漂移量降低约81.8681%,验证了基于主星平近点角初值的大椭圆轨道编队优化设计方法的可行性.     

基于GPS测量的编队飞行的主星轨道对星间基线确定的影响

针对编队飞行系统中的高精度星间基线确定问题,对编队主星轨道状态与星间基线进行了关联建模.基于GPS测量的相对导航模型解和测量基线与工作基线之间的坐标转换,建立了相应模型并分别给出了误差传播关系,讨论了主星状态对星间基线确定的影响.该影响的规律和大小与多方面因素有关,其中小卫星编队与GPS星座之间的观测几何特别是编队宽度是主导因素,在宽编队情形下,为得到高精度星间基线,对于主星轨道状态的精度要求较高.     

相对位置和相对姿态耦合的编队控制

考虑卫星编队中从主星的相对位置与相对姿态耦合,对采用输出反馈跟踪控制进行了研究.根据双星编队的控制结构,以及在从星体坐标系中建立的统一形式的相对位置与相对姿态耦舍的误差模型,在无速度与无角速度测量条件下,设计了改进的速度(角速度)滤波器,并给出了输出反馈跟踪控制器模型.仿真结果表明:该法可实现相对位置与相对姿态耦合时卫星编队的输出反馈跟踪控制.     

无阻力双星串行编队相对位置有限时间控制

研究无阻力卫星构成的双星串行编队相对位置的有限时间控制问题。首先,选取两颗卫星位置连线中点为参考坐标系原点,考虑J2摄动项,建立了双星相对位置的动力学模型。与传统的主从式卫星编队模型中假设主星为理想运动不同,本文的建模方法同时考虑了两颗卫星受到扰动的情况。而后,为使无阻力卫星编队相对位置快速达到期望状态,采用自适应参数更新律和加幂积分技术设计控制律,实现了闭环系统的实际有限时间稳定。最后,通过数值仿真校验了本文控制器的有效性和鲁棒性。     

小卫星编队与反卫星卫星

反卫星卫星几乎是跟卫星同步发展起来的,俄罗斯既是最早发展卫星技术的国家,也是最早发展反卫星卫星技术的国家。上世纪90年代以后,随着小卫星的出现而发展起来了小卫星编队。小卫星编队的目的是用编队分布式概念来实现通信、侦察和导航等任务,进而用若干个小卫星虚拟一个大卫星。小卫星编队和反卫星卫星产生于不同时代和不同目的,本来是不相干的问题,却出现了巧合。笔者认为,反卫星卫星是小卫星编队的一种特殊应用,小卫星编队的关键技术是反卫星卫星技术的基础,可以说,掌握小卫星编队技术的国家,就具备了反卫星卫星的能力。     

主星带伴随小卫星编队SAR系统干涉测高精度与编队构形设计

针对主星伴随小卫星编队SAR新的干涉几何关系,在给出其新的干涉测高原理的基础上,建立了绝对高程误差模型和相对高程误差模型。分析了空间基线姿态参数与测高精度之间的关系,给出了具有一般性意义的测高精度关于三维基线姿态的分布全貌图。以此测高精度分布图对两种典型编队构型的测高性能进行了分析,指出两种编队在设计上的先进性,证明了该图对基于测高性能的编队构型优化设计具有重要意义。     

多Agent自主系统结构及其在分离模块航天器中的应用

针对分离模块航天器对于灵活构建和组织多个卫星协同工作,实现自主运行的需求,提出基于"Agent容器程序"管理的多Agent自主运行系统结构。以多个规划Agent的组织为基础,综合使用多种类型的通用及专用Agent,实现了自主运行系统的适用性、灵活性和健壮性,为多卫星协同工作的仿真和实际应用提供可行的方法。     

主从式卫星集群系统的长期轨道保持

针对主从式卫星集群系统的空间构型长期保持问题提出一种控制算法,使得多星系统能够在给定的相对距离约束下在轨长期运行,并且消耗较少的燃料。该卫星集群系统由一颗主星和多颗从星构成,主星保持在特定轨道上,负责系统中的数据处理、任务规划及决策,从星围绕主星自由运动并实现特定功能。根据系统的特点,考虑主星与从星、从星与从星之间约束条件的异同,设计了具有较强适应性的控制逻辑与基于李雅普诺夫稳定性理论的控制器。仿真结果表明,在推力器最大推力一定的情况下,提出的控制算法能够有效地应用于多星集群飞行中,并成功地实现长期的轨道保持。     

小卫星编队飞行的应用模式分析及展望

自上世纪90年代后期开始,国际上关于小卫星的研究越来越引起世界航天领域的极大兴趣和广泛关注。目前,关于小卫星及其应用研究也已进入了一个新的阶段。作为小卫星应用的一个重要方面,小卫星的编队飞行技术也被普遍认为是未来小卫星应用模式的必然趋势。正因为如此,在近10年的发展过程中,包括美国航宇局、喷气推进实验室、美国空军和欧空局在内的多家著名航空航天研究机构都斥资开展了多个编队飞行任务,小卫星编队飞行技术及其应用研究已经取得了相当的成就。     

基于Agent的卫星自主控制体系结构

介绍了Agent的一般概念,分析了DS-1型、ST7型、混合型、基于结构分解型,以及基于功能分解等典型卫星自主控制体系结构的组成和实现过程,并在此基础上提出了卫星自主控制体系结构设计应遵循的若干原则。     

用于对地观测定位的编队飞行卫星群轨道构形设计

编队飞行卫星群是一组小卫星,它们具有短的相对距离、相等的轨道半长轴和微小差别的其它轨道要素,它们形成相互伴随运动,并且具有一定的构形。提出将编队飞行卫星群的轨道设计技术应用于对地观测定位卫星系统中。根据设想的要求,针对由四颗伴随卫星围绕基准卫星(或一个虚拟的中心)飞行的轨道设计案例,初步分析了编队飞行卫星群的构形保持,地球引力和大气阻力的摄动影响等问题。     

摄动椭圆参考轨道的相对运动状态转移方程

当面质比不同的主从卫星在近地轨道上作编队飞行时,大气阻力摄动和J2项摄动就成为影响编队队形的两个最主要的因素,这样描述相对运动的状态转移方程必须考虑这两项摄动。该文利用相对轨道要素法推导了包含J2项摄动和大气阻力摄动参考轨道为椭圆的卫星编队相对运动较精确的状态转移方程。当主从卫星的面质比相等时大气阻力摄动对卫星编队队形的影响很小而可以忽略,这样上面的状态转移方程可以化为更简单的形式。仿真结果表明该状态转移方程能较精确的预测编队飞行的相对运动。     

基于Petri网的分布式编队小卫星星间通信仿真平台研究

针对编队小卫星星间通信的要求,提出基于Petri网的分布式编队小卫星星 间通信系统仿真平台。首先对编队小卫星星间通信系统进行TTDPN(T\|Timed Discrete Pe tri Net,TTDPN)建模,并建立该模型与分布式仿真平台间的映射。根据该映射关系设计编 队小卫星星间通信仿真平台的逻辑结构和数据流,搭建分布式编队小卫星星间通信系统仿真 平台。联合空间环境、姿态和轨道等分系统,重点对星间通信系统中信道编译码模块和扩频 解扩模块中的关键技术进行仿真验证。仿真结果表明：基于Petri网的分布式编队小卫星星 间通信系统仿真平台能够显著缩短仿真时间,提高仿真精度和仿真结果的置信度,提高通信 系统中模块的设计效率。
     

分布式小卫星SAR回波信号精确仿真方法研究

针对分布式小卫星SAR回波信号仿真，建立丁回波信号的数学模型，并基于空间坐标变换建立了分布式小卫星SAR回波信号仿真模型。通过计算机仿真，生成了一组Cartwheel构型的主星带伴随星群的分布式小卫星SAR回波信号，并通过成像及干涉处理，得到干涉相位图，验证了模型的有效性。仿真结果证明，本文提出的仿真模型能够精确的模拟分布式小卫星SAR回波信号，并能够灵活地注入各种误差，生成有效的回波仿真数据。     

主星带辅星的分布式SAR二次干涉动目标检测方法

设计了一种以满足GMTI功能为主同时兼顾InSAR功能，由1颗主星和4颗辅星组成的双椭圆绕飞被动稳定编队构型，利用绕飞编队的对称星消除垂直轨迹基线从而获得虚拟的单纯沿航迹基线。提出了对称星二次干涉处理方法，将杂波对消与沿航迹干涉（ATU技术结合起来，在杂波对消后进行动目标检测，并指导在检测到动目标存在的区域进行二次干涉，降低了虚警率，提高了检测精度；同时利用长基线获得较小的最小可检测速度，二次干涉提供的参差基线解速度模糊提高了最大不模糊速度，从而增大了速度可检测范围。计算机仿真结果表明该方法即使在地面场景高程有较大起伏时也能有效进行动目标检测并进行精确测速和定位。     

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。     

考虑燃料均衡的卫星编队队形重构技术

在卫星编队队形重构过程中,如何在实现编队整体燃料消耗较少的同时使得各子卫星燃料消耗均衡,能够有效地提高卫星编队整体的寿命。提出了一种基于虚拟中心位置可变的卫星编队队形重构新方法。该方法以虚拟中心位置为寻优变量,以首末脉冲时刻可优化的双脉冲规划作为单星轨道机动策略,将编队队形重构问题转化为混合0-1数学规划问题。仿真结果表明,该优化算法在实现整体燃料次优的同时,兼顾了各星当前的燃料剩余水平,实现了各子卫星的燃料均衡。     

基于APP的卫星地面遥控系统安全性设计

目前,我国绝大部分卫星的遥控指令上行操作必须在专用测控网内进行,当卫星发生在轨异常时,相关支持人员必须赶赴测控中心现场进行集中处置,非工作时段时效性较低,不利于紧急情况下的异常快速处置.对基于APP的卫星地面遥控系统安全应用方案进行了研究和设计,旨在为我国未来卫星高效运行管理提供一种新的手段,通过原型系统的仿真测试,验...     

结构局部刚度变化对小卫星动特性影响

首先针对模块式小卫星动特性进行灵敏度理论分析，分析目标是寻找提高结构动特性的局部位置和参数。然后基于有限元法分析改变局部刚度对结构动特性的影响。小卫星结构动特性分析计算的主要问题是建立计算成本可控的有限元模型，本文详细讨论了小卫星有限元模型建模方法和简化途径，并通过7个算例考察改变模块底板局部刚度、改变适配器支撑刚度、模块问设置弹簧模拟阻尼器等对小卫星结构动特性的影响。灵敏度分析和计算表明，影响动特性的主要因素是模块盒底板刚度和星箭适配器的支撑刚度；增加模块局部刚度以及适配器支撑刚度可以屏蔽星体摆动和包带联结部位的某些频率，同时可以减缓部分中间模块的振幅；在部分模块间设置弹簧可以模拟阻尼器或减振器的效果。另一方面，降低适配器刚度可以增加隔振作用。因而优化模块刚度分布和支撑刚度分布是改进动力学性能的有效途径。本文分析为模块式小卫星动力学修改以及多功能结构设计和主动振动设计提供依据。