基于平均轨道根数的飞船伴飞卫星控制方法

给出一种基于平均轨道根数的伴飞卫星控制方法。首先介绍二体轨道条件下利用超几何函数法解算二次冲量控制问题的基本思想,在此基础上通过n次修正法应用到摄动条件下的轨道模型;通过引入平均轨道根数的概念,对航天器编队构形进行控制,消除短周期摄动对轨道的影响,长期有效地控制构形维持。同时讨论对跟飞和圆形伴飞编队进行构形维持的起控条件的确定方法。     

摄动对编队飞行星座相对构型的影响分析

在近圆轨道编队飞行的假设条件下，根据动力学关系推导出了环绕卫星相对参考卫星的运动学简化模型，并以此简化模型为基础，分别研究了大气阻力摄动、日月引力摄动、太阳光压摄动和地球扁率摄动对编队飞行星座的构型影响，着重分析了地球扁率摄动周期项和长期项对构型的影响，并以此对编队轨道设计提出建议。     

近地卫星严格回归轨道保持控制

研究了近地卫星基于严格回归参考轨道的轨道保持控制方法：将卫星编队理论引入单星绝对轨道保持控制,提出了"虚拟卫星编队"的概念,分析了卫星轨道相对于参考空间轨迹在轨道摄动情况下的偏离状态及变化趋势,然后根据卫星编队相对运动学,推导出了偏离状态与虚拟卫星编队构形参数之间的对应关系,并设计了以轨道参数超调、偏置及阈值触发为特征的管道保持控制策略。数值仿真结果表明,使用该控制策略能够将卫星轨道保持在以空间参考轨迹为中心的轨道管道内,并且有效减少了因周期性轨道摄动波动造成的管道保持控制量和控制频次。研究成果对于有空间轨迹回归要求的卫星轨道保持控制具有指导意义。     

在地球扁率摄动下的卫星编队飞行控制

卫星编队飞行的难点之一是在干扰力环境下控制队形。采用了一种基于线性二次调节器(LQR)的最优控制方法，对低轨道地球卫星所受的地球扁率摄动(J2力)加以模拟，并在模拟的地球低轨道J2力环境中。对几种卫星编队进行了模拟控制，从控制精度和能量消耗的角度对控制方法进行了分析，提出了卫星编队飞行中相对距离控制和绝对距离控制需要注意的问题。     

地球非球形对卫星轨道的长期影响及补偿研究

首先建立了地球非球形引力摄动模型,通过对地球非球形引力摄动对卫星轨道的长期影响分析发现,地球非球形引力摄动对卫星轨道升交点赤经和沿迹角的漂移量与时间成近似线性关系;然后推导了通过主动偏置半长轴和倾角的方法来补偿摄动长期影响的计算公式,设计了基于仿真的地球非球形引力摄动补偿方法;最后对GlobalStar星座卫星进行仿真与试验.结果表明,设计的补偿方法是可行的,摄动补偿后在地球非球形引力摄动作用下卫星轨道的长期稳定性得到了很好的保持.     

小卫星编队飞行队形设计与轨道要素确定

用两体相对运动的线性Hill方程进行了小卫星编队飞行队形的初步设计，并给出编队飞行中各绕飞小卫星轨道要素的确定过程，以空间圆形编队为例，在未考虑摄动情况下，通过仿真验证了Hill方程在小卫星编队队形初步设计中的有效性。     

基于循环追踪控制的卫星编队构形调整控制律设计

卫星编队控制问题中，分布式控制优于主从式控制，在编队控制中应用日益广泛。提出了一种基于循环追踪算法的分布式控制策略，分析了该方法的优势。由于循环追踪算法存在编队中心由初始几何中心固定并与运动过程无关的弱点，引进了虚拟灯塔导引进行联合控制实现编队中心可变。建立了三维空间相对运动数学模型，设计非线性循环追踪算法与虚拟灯塔导引联合控制律，对全员联合控制与单星联合控制其余卫星采用非线性循环追踪控制两种方案的计算结果进行比较。结果表明，全员联合控制律的控制方案优于仅单星采用联合控制的方案，两种方案均可实现卫星编队按指定构形运动。     

编队飞行卫星轨道的初步设计研究

使用两体相对运动的Hill方程进行小卫星编队飞行队形的初步设计，给出了编队飞行中各绕飞小卫星的轨道要素确定过程。以空间圆形编队为例，在未考虑摄动的情况下，通过仿真验证了设计的有效性。     

分布式卫星干涉测高系统编队构形优化设计方法

 分布式卫星干涉合成孔径雷达（InSAR）编队构形设计是系统总体设计的关键问题。从系统测高性能优化角度出发，提出分布式InSAR编队优化设计一般方法，将其概括为求解一个优化问题，以主星带辅星群体制分布式InSAR为例建立目标函数，针对其星载双站、斜视、空间基线等特点建立测高精度与辅星轨道根数的关系，基于近似的相对运动数学模型对该优化问题进行简化，并采用遗传算法求解。在此基础上，对多颗卫星组成编队以提高系统测高性能提出了一种多星编队设计方法。仿真分析表明，经优化得到的编队测高性能要优于干涉车轮和钟摆编队，该结果验证了优化设计方法的有效性和正确性。     

亚声速机翼快速摄动面元法

在内部Dirichlet问题提法的面元法基础上，用解析法求几何外形摄动导数（偶强密度对机翼外形坐标的敏感性偏导数），从而快速确定机翼表面压力分布、升力系数和俯仰力矩系数。由于本文以偶强密度常值分布的低阶面元法为基础，故比以偶强密度二次分布的高阶面元法为基础的摄动面元法在最费机时的偏导数矩阵计算上要快一个量级，而由于以符合流场特性的物理内插代替加权几何内插，两者在确定物面压力分布时准确度却基本一致，此外，本方法对内存要求较低，可处理较相应高阶方法更多的面元数。     

基于星载分布式InSAR测高精度的导航卫星优选

从干涉合成孔径雷达（InSAR）测高精度需求出发,分析整个流程中的综合观测几何,联合InSAR对地观测参数、全球卫星导航系统（GNSS）对编队卫星观测参数和坐标系转换参数,建立了导航卫星的优选准则,理论推导了InSAR高程的误差传播系数。该准则直接针对InSAR高程精度进行优化选星,表征了综合几何关系下基线各分量对测高误差的贡献。仿真结果与理论推导相吻合,并给出了不同卫星导航系统、不同选星个数以及不同InSAR参数配置等多种场景下的结果比对。新准则相比以往基于最小相对精度衰减因子的选星准则,能够更好地反映实际几何关系,从而在相同观测条件下通过卫星优选得到更高的测高精度。     

18参数广播星历分析研究

针对18参数广播星历模型对混合星座（包含GEO（地球同步轨道）、IGSO（倾斜地球同步轨道）、MEO（中地球轨道））的拟合精度和稳定性问题,利用摄动理论中的分析方法研究18参数广播星历模型新增参数的物理意义,通过数值仿真比较分析18参数模型与16参数模型对混合星座的拟合精度和稳定性。分析研究表明,新增2个参数可以较好地逼近轨道变化的长周期项,相同拟合弧长的拟合精度比16参数提高了50%左右,但受短周期项影响,拟合不够平稳,同时由于轨道变化特征的差异,对GEO和IGSO卫星的拟合不如MEO卫星稳定。数值仿真结果表明,要保证稳定性必须增加拟合弧长,但拟合精度会有一定下降,18参数条件下,MEO卫星选用3h拟合弧长能保持很好的稳定性,GEO和IGSO卫星则需要选择5h拟合弧长。     

编队小卫星星间基线估计算法研究

H ill方程假设卫星轨道是小偏心率和无摄动的,实际应用时难以获得高精度的星间基线估计。本文提出了一种基于主星位置展开的扩展Kalm an滤波算法,该算法采用含摄动的卫星运动模型,综合利用星间无线电和红外仪器的原始量测,实现了小卫星星间基线的融合估计,提高了估计精度。仿真实验针对J2摄动模型验证了算法的可行性和有效性。     

高轨卫星的轨道寿命

地球,月球和各大行星的卫星（自然卫星或人造航天器）运动,基本上可处理成考虑主星扁率的限制性三体问题,对于绕主星m1(作为中心天体）运动的高轨卫星,摄动源即主星m1的扁率（非球形引力修正项J2）和另一主星m2的引力（亦称第三体引力摄动）。这类卫星的轨道寿命主要取决于主星m1扁率的大小,卫星的高度和相对主星m1赤道面的轨道倾角,对于高轨卫星,当倾角较大时,轨道寿命将不会很长,由于第三体的引力摄动,轨道偏心率有变幅较大的长周期变化,在运动过程中,其值将会大到使得轨道的近星距rp=a(1-e)≤a,卫星落到主星m1,这里a是主星m1的赤道半径 。     

旋转弯管内粘性流动特性的研究

基于工业上的应用,本文利用摄动方法求解了小曲率旋转变管内的粘性流动,系统地分析了主流速度、二次流动、流量和摩擦力在科氏力（Ｃｏｒｉｏｌｉｓ ｆｏｒｃｅ）和离心力共同作用下特性的变化情况;表明由于旋转的效应,旋转弯管内的流动状况较弯管内的流动状况复杂;同时还发现当科和和离心力之比Ｆ≈－１．２２时,二次流强度最弱,此时该流动近似为非旋转直管内的流动（Ｐｏｉｓｅｕｉｌｌｅ流）。     

重力梯度力矩引起的自旋稳定卫星姿态摄动

建立了自旋稳定卫星姿态摄动的数值分析方法及模型,对重力梯度力矩作用下自旋卫星自旋轴相对于地心惯性系进动和章动以及赤经和赤纬的变化进行了仿真分析。对重力梯度力矩引起的自旋稳定卫星姿态摄动的演化规律进行了研究。指出在重力梯度力矩的作用下：自旋轴指向绕轨道面法线进动;章动角速度远小于进动角速度;轨道角速度越大,星体相对于地心惯性系的进动角速度和章动角速度越大,赤经和赤纬的变化率越大;自旋角速度越大,星体相对于地心惯性系的进动角速度和章动角速度越小,赤经和赤纬的变化率越小。     

基于多频GNSS观测的编队星间相对定位样条表示模型

从编队卫星的高精度星间相对定位需求出发,基于未来全球导航卫星系统(GNSS)多频信号测量体制的发展,综合利用观测数据与待估参数的几何关系以及待估参数随历元连续变化的约束,根据函数逼近理论,提出基于多频GNSS观测的编队星间相对定位样条表示模型,给出多频数据相对于双频数据、样条表示模型相对于传统逐点模型在改善星间相对位置...     

航天器近距编队轨道动力学模型及仿真

针对目前航天器近距编队长期飞行中存在的HCW模型精确度不够的问题,提出了利用平均轨道根数线性微分漂移率预测J_2摄动下航天器近距编队相对运动的方法,建立了一种新的航天器近距编队轨道动力学模型.仿真结果表明,解析模型计算得到的相对运动轨道和不考虑J_2摄动影响的相对运动轨道相比,解析模型运算时间很短,精度提高约50%(10个轨道周期之后),证明了模型的有效性和快速性,适合在线运行,同时给出了解析模型的适用范围.     

火星自然卫星分析历表的建立

为了解环火星探测器的运动规律,就要构造环火星探测器的轨道分析解,这会涉及2个火星自然卫星的分析历表,因而需要首先构造它们的轨道分析解。由于火星与地球类似,参照建立人造地球卫星轨道摄动解的方法,构造火星自然卫星轨道的摄动分析解,分离出短周期项,即可给出所需要的历表计算公式。将其与JPL网站上提供的历表进行比对,结果表明,所采用的数学模型以及构造轨道摄动解的方法均有效,能够达到期望的精度。     

曲率和挠率对圆截面螺旋管道粘性流动的三阶作用

利用Ｇｅｒｍａｎｏ的曲线正交坐标系下的完全Ｎ－Ｓ方程,采用摄动方法求解了圆截面螺旋管道内的粘性流动,得到完全三阶摄动解,研究了曲率和挠率对二次流动和轴向速度的一阶、二阶和三阶作用。在曲率一阶项的作用下,截面上形成方面相反的两个二次涡,轴向速度最大值移向外侧;曲率的二阶项使二次涡的中心移向外侧;在曲率和挠率的高阶项（二阶和三阶）的共同作用下,靠近下半截面的涡增加,同时,二次涡的中心和轴向速度最大值移