小卫星技术发展和应用前景——兼谈卫星设计思想演变

小卫星问世至今已有20年。文章简要总结了小卫星技术的历史发展概况，论述小卫星各种分类方法和小卫星所具有的优势，以及由于小卫星出现，引起卫星设计思想的演变。最后讨论小卫星应用的三大领域。     

中国的人造卫星

中国于１９７０年４月发射了本国的第一颗人造卫星。截止１９９７年６月，中国共发射了４９颗本国的卫星，成功率８０％。在中国的卫星中，中国空间技术研究负责研制的有；东方红系列卫星，实践系列卫星，风云１号和风云２号气象卫星，返回式遥感系列卫星。     

风云三号卫星为广东海洋生态提供遥感监测服务

据央视网2009年4月10日报道，中国卫星通信集团公司（简称中国卫通）重组并人中国航天科技集团公司，通过资源整合，中国航天将形成卫星制造、发射、运营、地面应用完整的产业链。中国卫通原是我国六大基础电信运营商之一，整体拆分后，卫通基础电信业务并人中国电信集团，中国卫通及其卫星运营和卫星应用业务并人中国航天科技集团公司，并人资产约66亿元。今后，中国卫通将重点发展卫星空间段运营、地理信息与位置服务和卫星地面应用三大主营业务，着力构建天地一体卫星运营服务体系。目前中国卫通在轨运行的卫星有8颗，分为商用通信广播卫星、广播电视专用卫星和直播卫星三大类。随着中国卫通的整体并入，航天科技集团将从传统意义上的“研制卫星”拓展到“卫星研制与运营”，延伸了宇航系统的产业链。据了解，未来5年我国还计划发射7颗通信广播卫星，到2015年，我国通信广播卫星资源的拥有量将达到15颗，数量进入世界前五位。     

卫星定位导航算法研究中卫星运动参数及导航星选取的仿真

在卫星定位导航系统的定位算法研究过程中，导航卫星星座中各卫星的运动参数，包括位置和速度参数，是进行研究的基础。因此在这一过程中，必须根据需要生成仿真卫星运动参数。针对定位卫星星座的特点，推导了适用于进行算法研究的导航卫星运动参数的仿真公式。在此基础上，依据卫星定位用户工作的方式特点，给出了一种判断用户机可视卫星的公式。作为算例，最后给出了以ＧＰＳ参数为基础的导航卫星星座运动参数的仿真结果     

皮型卫星的发展与MEMS卫星设计

按照国际通用的分类方法，皮型卫星是特指重量在1kg以下的微小卫星。随着微电子技术的发展，特别是近年来以微机电系统(MEMS)和微光机电系统为代表的微米和纳米技术的发展，使得皮型卫星的实现成为可能。由于皮型卫星在军民领域都存在着巨大的应用潜力，因此它已成为继纳型卫星之后各国争相研究的新热点。自2001年起，清华大学开展了皮型卫星方面的研究，提出研制一颗名为“MEMS卫星”的固态化皮型卫星。本文通过分析作者两年来搜集的国际皮型卫星资料，从研究背景、意义、特点、进展等方面阐述了研制皮型卫星的必要，洼和可行性，并介绍了MEMS卫星的相关研究进展情况。     

小卫星当今发展水平及其关键技术

本文首先论述现代卫星概念和发展阶段，其次讨论小卫星的应用和当今发展技术水平，并且预测２１世纪初小卫星技术状态，最后介绍小卫星和微小卫星的关键技术。     

我国建成四种卫星应用平台

经过多年的努力，中国空间技术研究已初步形成了通信卫星、返回式卫星、遥感卫星和小卫星四种卫星系列平台，为实现２１世纪我国卫星工程研制“快、好、省”的目标，迈出了坚实的一步。 卫星研制平台化技术，是国际上２０世纪后期兴起的卫星研制集成化技术，是优质、快速、低成本卫星工程研制的根本保证。这一技术的实现。必须以成熟的设计、各项指标的合理配置等为依托，是一个国家空间技术成熟与否的标志。 多年来，为适应国民经济建设的需要，加速我国卫星研制步伐，增强可靠性。中国空间技术研究院在卫星工程的研制和组织管理中，确定了…     

卫星产品可靠性设计原理概述

卫星产品(诸如星载相机、返回式卫星的着陆回收系统、整个卫星)的可靠性设计，是贯穿于卫星产品整个设计过程的一项重要工作。该项工作，不仅是卫星产品可靠性设计师的主要任务，也是卫星产品全体设计师的共同责职。对卫星产品设计师来讲，掌握卫星产品可靠性设计的基本原理很有必要。为此，文章对卫星产品可靠性设计的基本原理作一概述。     

美国军用卫星现状与性能

美国从６０年代初开始发射军用卫星，迄今已发射了数百颗。这些卫星在侦察、监视、预警、通信和气象等领域发挥着重要作用。美军在科索沃战争中就动用了由“大酒瓶”静止轨道卫星、“雪貂”－Ｄ极地轨道卫星和“折叠椅”大椭圆轨道卫星等８颗卫星组成的电子侦察卫星系统，由ＫＨ－１２、“长曲棍球”、“太阳神”－１和其它小卫星等１０～１２颗卫星组成的成像侦察卫星系统，１６颗海洋监视卫星系统以及“国防支援计划”（ＤＳＰ）等３０多颗卫星，为美军提供了大量的情报资料。 美国发射的军用卫星约占美国发射卫星数量的一半。这些卫星数量多、种类全，从性能上讲主要分为６类，即侦察卫星、导弹预警卫星、海洋监视卫星、通信卫星、测地和绘图卫星及国防气象卫星。     

军事航天把目光投向商业卫星

最近几年，由于受到商业卫星技术的巨大推动，特别是已经达到侦察质量的商业对地观测卫星系统和基于卫星的手持移动通信系统的出现，迫使一些国家的军方重新评估他们的卫星业务需求。有关租赁商业卫星，尤其是商业对地观测和通信卫星，来执行专用军事卫星任务的意见，在美国国防部乃至一些国家的军界引起了激烈的争论。从美国及部分西方国家最近的动向分析，有限度地租用商业卫星来为军方服务是他们通过争论达成的共识。他们已把目光投向已经在轨或计划中的商业卫星或卫星系统。这将对未来军用卫星及商业卫星的发展产生不可低估的影响。对于…     

星光折射航天器自主定轨方案比较

当星光透射大气发生折射时 ,用星光折射角精确地反映星光在大气中离地球表面的高度 ,并建立高度、航天器与地球的几何关系。通过对折射角进行观测 ,间接测得地平 ,从而改善了用地平仪直接测地平所造成的航天器自主导航精度低的不足。本文提出了几种利用星光折射的航天器自主定轨方案 ,并作了细致的仿真实验 ,对直接和间接两种测量地平方法以及几种星光折射自主定轨方案进行了分析比较。     

基于天象匹配的地心矢量确定方法

天象匹配是一种完全自主,且能提供姿态和位置信息的导航技术,其中,地心矢量的确定是天象匹配技术的关键。本文在地球模型为理想圆球的假设前提下,给出了两种基于天象匹配的地心矢量确定方法,一种是辅助单位球法,一种是椭圆模型直接法。最后,分别将两种地心矢量的确定方法应用于某高轨运载器中进行数学仿真,结果表明,两种方法均能满足系统的精度要求。     

关于卫星网整网自主定轨方法的探讨

随着在轨卫星数量的不断增多，卫星网的自主定轨已经成为迫切需要，本文重点阐述如何利用星间相对测量（相对距离测量和相对速度测量）技术，将卫星精密轨道确定方法和大地测量中的整网平差方法相结合，来实现卫星网的自主定轨，仿真结果表明，这一方法是切实有效的。     

基于星历拟合的短弧运动学定轨

当导航卫星在姿轨控和轨道恢复期间,传统的统计定轨理论难以实现精密定轨。首次提出 了基于10参数星历拟合的短弧运动学定轨方法,建立和推导了相应的理论模型和定轨解算方 法。其优点在于不仅能够反映卫星运动的物理学特征,提高了速度和轨道预报精度,而且不 需要累积数据,实现近实时快速计算,克服了动力学法定轨发散和单点定位无法获得速度信 息的不足。对COMPASS M-01导航卫星实测数据的处理表明,10分钟短弧运动学定轨的位置精 度优于10 m,速度精度为2 cm／s,预报5分钟轨道精度为15.02 m,满足了短弧跟踪条件下R DSS对轨道精度的要求,实现了卫星精密定轨。
     

一种非合作目标相对位置和姿态确定方法

针对非合作目标中的从星若无法获得主星的动态信息时,就无法自主进行相对位置和姿态确定的问题,提出了一种采用陀螺、立体视觉系统和加速度计的相对状态确定方法。首先分别建立相对姿态方程、主星动力学方程和相对位置方程等系统的数学模型。然后根据这些方程组成的状态方程和立体视觉系统的测量模型设计了卡尔曼滤波器。该滤波器使得从星根据加速度计、陀螺和立体视觉系统的输出,在仅获得主星的外观特征和一些静态参数的情况下,能够自主进行相对位置和姿态的确定。最后,数值仿真结果表明,在相同仿真条件下,与使用主星陀螺信息的相对状态确定算法相比,该算法能够自主进行相对状态的确定,且位置和姿态稳态误差分别为0.05m和2°。     

基于小波降噪的编队卫星相对位置确定

在编队飞行任务中组成编队的卫星之间相对定位非常重要。本文通过分析信号的频谱性质,运用小波阈值去噪法探讨了J2项摄动下的卫星相对位置确定。该方法通过对高频分量的滤波,改善编队卫星相对运动位置确定的精度。仿真验证了处理方法的有效性,表明该方法有利于相对定位精度的提高。     

闭环轴角解算误差分析及精度补偿方法

高精度的光机运动控制对空间光学遥感器的成像品质具有重要意义。旋转变压器是光机运动控制系统的重要角度测量元件之一,提高旋转变压器轴角解算精度对提高光机控制性能有重要作用。文章首先分析了闭环鉴幅式轴角解算原理,其次推导了由于旋变测量信号不完全理想带来的解算误差模型,其误差呈正弦分布,频率为被测信号频率的2倍,幅值与误差系数成正比。并用实验数据证明了误差模型的正确性。最后给出了基于模拟信号的硬件补偿方法和基于数字信号的软件补偿方法。实验证明了补偿措施有效,能将解算误差降低一个数量级。     

共置卫星轨道及星间距确定

共置卫星的遥测遥控，离不开对其每一卫星的轨道及星间距的确定。本文通过地面站顺序测量确定和交替测量确定两种方法来完成三颗共置卫星的轨道参数及星间距的确定。     

基于地面图像的卫星自主定轨方法可观测性及定轨性能分析

卫星自主定轨是航天发展趋势之一。近年来,高分辨率遥感卫星不断发展,为利用光学遥感图像进行自主定轨提供了可能。在此背景下,提出了一种基于地面特征点图像的自主定轨方法。通过构造局部可观测矩阵分析了该定轨系统的可观测性,并用局部可观测矩阵的条件数表征可观测度,估计系统的定轨性能。通过Monte-Carlo仿真实验评估了系统的定轨表现,结果表明:该定轨方法与多点定位方法相比可以得到更高的定轨精度。     

用相对差分GPS技术确定绕飞轨道

本文对各种GPS相对差分技术进行了研究 ,提出了利用Kalman滤波确定高动态情况下载波相位整周数的方法。对用GPS相对位置差分、GPS相对伪距差分、GPS相对载波相位差分确定绕飞轨道进行了初步仿真