基于遗传算法的全球导航星座重构研究

全球卫星导航系统在部分卫星失效的情况下会引起地面导航性能下降甚至造成导航服务中断,但卫星数量众多的全球导航星座本身具有一定冗余性,在少数卫星失效时可以通过调整剩余工作卫星的轨道来降低失效影响。这种星座重构的维护方式具有快速响应故障和故障针对性强的特点。在星座重构中涉及到选取调整卫星及其轨道参数的问题。分析了用遗传算法实现星座重构方案优化的编码、适应度选取和进化过程,利用C 结合STK和GALIB完成了对24MEO 4GEO构成的全球导航星座在3颗以下MEO卫星失效时的星座重构方案优化,并对多种星座重构的轨道机动方案进行了对比。     

导航卫星中断数据在可用性分析评价中的应用

通过分析卫星导航系统的卫星中断数据,设计实现了中断数据库;使用中断数据计算得到单星可用性结果,结合星座性能分析结果,通过建立的贝叶斯网络模型,实现星座可用性分析和评价。     

一种导航卫星的系统效能建模与分析方法

针对导航卫星的轨道机动调控、星地联动运行、可靠性要求高等特点以及整体性能评估问题,提出一种综合考虑各类中断、随机型与耗损型故障、性能等多种因素的系统效能建模与分析方法。该方法采用马尔科夫链构建导航卫星可用性模型;考虑威布尔分布和正态分布构建导航卫星可靠性模型;采用应力—强度算法将性能进行归一化处理;综合可用性、可靠性和性能归一化值开展系统效能建模与分析,使导航卫星系统效能研究由单因素(性能)拓展为多因素(可用性、可靠性和性能)。中轨道(MEO)导航卫星仿真算例表明,该建模与分析方法可为导航卫星设计优化决策提供量化依据,并可拓展应用于通信、气象、遥感等系列卫星,为其研制建设提供重要专业技术支持。     

导航卫星可用性提升设计与实现

针对影响导航卫星系统可用性的中断,从降低中断频次和缩短中断处置时间方面开展了系统优化设计,提出了一套基于多参数联合的降低轨控中断频次的设计方法,优化设计了一种基于在轨轨道摄动特性的中断时间最短的漂星策略,建立了一套异常中断分级处置原则,有效缩减了中断时间,实现了导航系统可用性的大幅提升.此方法在工程实际中已成功应用验证,在轨运行结果表明:所有卫星空间信号可用性均满足系统指标要求,为北斗系统的稳定运行提供了有力的技术保障.     

火星全球导航卫星系统

讨论了建立类地行星全球导航定位系统的意义,并对火星全球导航卫星系统星座的布构型进行了初步分析设计.对不同导航星座的覆盖特性与导航定位性能进行了评估,给出了最佳星座设计,它可以作为将来建立火星导航卫星系统的星座设计参考.     

一种提高导航卫星星座自主定轨精度的方法研究

针对近地导航卫星仅利用星间测距进行自主定轨时,因无法消除星座整体旋转误差而导致长期自主定轨精度不高的问题,提出了利用拉格朗日导航卫星星座与近地导航卫星星座联合仅利用星间测距进行自主定轨的方法。建立了拉格朗日轨道导航卫星星座和近地导航卫星星座联合仅利用星间测距进行自主定轨的动力学模型和观测模型。利用扩展Kalman滤波（EKF）算法和星间测距信息实现了拉格朗日轨道导航星座与近地导航星座的长期自主定轨。以4颗拉格朗日卫星组成的导航星座与12颗GPS卫星组成的近地导航星座作为仿真对象进行了仿真分析,仿真结果表明本文仅利用星间测距的联合自主定轨方法可以有效提高导航卫星星座的长期自主定轨精度。
     

载人航天天基测控通信探析

梳理了国内外空间站天基测控通信应用的概况,针对近地载人航天对测控通信系统的高要求,分析提出中继卫星系统的发展建议,以及导航卫星和低轨卫星星座系统的特点优势。调整中继卫星轨位、增加中继激光链路、采用全景波束全时监控模式,以及导航卫星和低轨卫星星座作为必要补充等途径,可为载人航天测控通信提供更好的灵活性、可用性和效费比。为载人航天天基测控通信发展提供了参考依据。     

基于Petri网的Walker导航星座备份策略研究

提出了一种基于Petri网的Walker导航星座备份策略,考虑了导航星座运行中的主要不确定性因素,得到的备份策略能够使星座实际运行可用性与星座期望可用性非常逼近。对Walker 24/3/1:21528km,55°星座无备份星、仅考虑地面备份,以及考虑在轨和地面均备份三种情况的星座可用性进行了分析,结果表明:采用在轨备份3颗卫星、地面备份3颗卫星的策略能够保证导航星座的平稳运行,可为Walker导航星座备份策略的选取提供借鉴。     

导航卫星中断频次的分析方法

面向导航卫星中断频次的定量分析需求,该文分析导航卫星中断产生的主要原因,给出中断频次分析的流程,并针对分析过程中的三个关键问题,研究提出具体实施方法,包括通过相关性分析快速定位底层中断事件,通过中断树建立指标分析模型,并融合在轨数据、地面试验数据快速预估得到底层功能异常率等。最后通过示例进一步说明中断频次分析过程。该文方法已应用于北斗导航卫星工程。     

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。