针对多个地球静止轨道目标的巡游轨道设计

运行在螺旋巡游轨道上的航天器无需施加控制力就可以长期巡游在指定轨道附近,利用该特点,克服地基目标监视系统的不足,可提高空间目标监视能力.在现有的设计基础之上,改进对地球静止轨道多个目标螺旋巡游轨道的初始轨道设计;通过施加控制提出两种可以对地球静止轨道上多个目标进行绕飞观测的螺旋巡游轨道设计;通过仿真验证,对比二者各自的优势.     

地气光辐射对空间目标成像特性影响分析

为分析地气光辐射对空间目标成像特性的影响，以地球同步轨道(GEO)卫星搭载的可见光成像器为探测平台，利用卫星工具包(STK)设计高椭圆轨道(HEO)及近地轨道(LEO)目标运动场景，根据空间目标、地球、太阳、探测平台之间的位置关系，采用微元法建立空间目标与地气光背景等效星等模型，推导出空间目标信噪比(SNR)计算公式。分析了距离、角度参数变化对不同轨道空间目标、地气光背景等效星等及空间目标信噪比的影响。仿真结果表明:当探测平台距离空间目标较远时，地气光背景等效星等低于空间目标等效星等，地气光辐射比空间目标信号强。当地气光辐射进入和离开空间目标探测视场时，空间目标信噪比最大，该时间段是进行空间目标探测的最佳“观测窗口”。仿真得出的空间目标信噪比值为空间目标探测识别提供了理论计算依据。      

基于雷达测距和测速的GEO目标实时关联算法

针对航迹密集情况下地球同步轨道（GEO）目标容易关联错误的问题，提出了一种基于雷达测距和测速二维判决的GEO目标实时关联算法。利用空间目标两行轨道根数（TLE）建立待关联初始库属目标集；根据空间目标轨道预报误差扩散规律设置粗关联门限，得到二次关联库属目标集；利用雷达测距和测速精度高的特点构建二次关联代价函数，根据归一化加权均方根误差最小原则得到关联结果。仿真结果表明：该算法在目标航迹密集的情况下取得了较好的关联效果，具有较高的关联正确率。     

部署retro-GEO巡视器的月球借力飞行轨道分析

retro-GEO是指逆行（retrograde）地球静止轨道（geostationary Earth orbit, GEO），该轨道与GEO轨道高度相同或相近，但倾角为180°，安装在retro-GEO卫星上的巡视器可每12h对GEO带空间资产附近碎片环境安全预警。直接西向发射retro-GEO卫星存在地面测控和发射能耗较大的困难。基于平面四体模型，为降低设计变量敏感性，以近月点参数为设计变量，建立了部署retro-GEO巡视器的月球借力飞行轨道设计模型，利用轨道动力学模型延拓策略，得到该类轨道绕月后返回地球飞行时长只能约为114.79h，该结论可用于求解该类轨道高精度轨道动力学模型解。     

一种实现光学隐身的卫星构型设计

目前对地球同步轨道(GEO)空间目标的探测和识别,主要依赖光学监视系统接收其反射的太阳光线.鉴于可见光反射原理,和空间目标可见光反射特性计算模型,提出光学隐身卫星设计策略,分别对卫星平台构型、太阳能帆板、半球形遮光罩进行设计,对整星外形进行仿真分析,最后提出分布式卫星的构想.结果表明,该卫星构型光学横截面积峰值达到0.082 m~2,该构型设计具有较高的隐蔽性,不易被光学监视系统探测识别.     

地球同步轨道带动态监视光学系统样机及试验观测结果

地球同步轨道上目标数量多，运动形式多样.为了保障航天活动的安全，有必要开展地球同步轨道目标的动态监测，及时掌握发生在中国专属地球同步轨道带的空间事件.2015年12月地球同步轨道带动态监视光学系统样机正式安装在中国丽江高美古观测站.2015年12月至2016年2月，利用该样机对台站上空地球同步轨道带的样本天区开展了试验观测.结果表明，样机能够对27颗地球同步轨道目标进行连续监测，其中两颗为北美航空航天司令部未编目的目标；目标天文定位的内符精度在方位上约为4"，在俯仰上约为1".利用多圈次观测结果对轨道进行改进，在无轨控发生时，24h和48h点位预报精度在方位和俯仰上分别优于9"和2".以3颗GEO目标为例，通过实测资料对轨道变化事件进行了初步分析和验证.      

对空间多目标多次接近的轨道设计

基于单航天器对空间多目标单次接近轨道设计的研究结果, 讨论了单航天器对空间 多目标多次接近的轨道设计问题. 提出了接近指标用于设计能多次接近多个空间目标的航天器轨道;以二体接近轨道为基础, 给出了接近轨道解空间的求取方法; 利用三种轨道调整方法构造了三种复杂度不同的新解并产生算子, 分析了它们的解空间和最优解分布, 采用改进的模拟退火算法求解出最优接近轨道. 仿真实验验证了轨道设计算法的正确性.      

追踪及凝视状态下地气光对空间目标成像影响

为了分析不同探测方式下地气光辐射对空间目标成像特性的影响,利用卫星仿真工具包(satellite tool kit,STK)设计了一个以地球同步轨道(geosynchronous orbit,GEO)卫星与中轨道(medium orbit,MEO)卫星上搭载的可见光成像器为探测平台,以高椭圆轨道(highly elli...     

天基光学监视的GEO空间目标短弧段定轨方法

利用两个短弧段的天基测角资料实现对GEO空间目标的轨道确定是天基空间目标监视系统需解决的重要问题之一.将短弧段的主要测量信息表示为弧段属性,构造约束空间目标距离和径向速度的容许域,采用桁架平衡法对第一个短弧段的容许域三角剖分采样,以这些采样点的轨道预报第二个短弧段的弧段属性,通过分析预报值与实际值的差异,优先选取多个采样点的轨道作为初轨,分别对各初轨进行轨道改进.仿真结果表明,该方法能成功解算最小二乘轨道.     

A universal on-orbit servicing system used in the geostationary orbit

The geostationary orbit (GEO), a unique satellite orbit of the human beings, is a very precious orbit resource. However, the continuous increasing of GEO debris makes the GEO orbit more and more crowded. Moreover, the failures of GEO spacecrafts will result in large economic cost and other bad impacts. In this paper, we proposed a space robotic servicing system, and developed key pose (position and orientation) measurement and control algorithm. Firstly, the necessity of orbit service in GEO was analyzed. Then, a servicing concept for GEO non-cooperative targets was presented and a universal space robotic servicing system was designed. The system has a 2-DOF docking mechanism, a 7-DOF redundant manipulator and a set of stereo vision, in addition to the traditional subsystems of a spacecraft. This system can serve most existing satellites in GEO, not requiring specially designed objects for grappling and measuring on the target. The servicing contents include: (a) visual inspecting; (b) target tracking, approaching and docking; (c) ORUs (Orbital Replacement Units) replacement; (d) Malfunctioned mechanism deploying; (e) satellites life extension by taking over its control, or re-orbiting the abandoned satellites. As an example, the servicing mission of a malfunctioned GEO satellite with three severe mechanical failures was designed and simulated. The results showed the validity and flexibility of the proposed system.     

基于单站CCD漂移扫描光电设备的同步轨道目标测定轨

地基光电观测在同步轨道目标监测领域具有重要作用.为评估单站光电设备对同步轨道目标的实际测定轨能力,利用上海天文台佘山站1.56m望远镜,采用CCD漂移扫描光电技术,对3颗北斗同步卫星开展试验观测,基于卫星精密星历评估目标的测定轨外符精度.结果表明:同步轨道目标的天文定位在方位和俯仰方向上的外符精度均好于0.3";在单圈次观测情况下,尽管轨道预报精度较低,约为数千米量级,但是观测弧段内定轨精度可优于百米;在多圈次观测情况下,轨道改进效果显著,定轨精度优于50m,外推至4d的轨道预报精度为百米量级.此外,定量评估了每晚不同观测时间跨度下同步轨道目标的测定轨精度,为单站光电设备实际应用提供了参考.      

Integrated design of solar thermal propulsion system for microsatellite with liquid ammonia as propellant

This paper presents a design of solar thermal propulsion (STP) system for microsatellite with liquid ammonia as propellant. The system was equipped with two concentrators, which were respectively placed in the tank and thrust chamber for propellant supply and heating. A platelet heat exchanger was adopted to heat the propellant in the chamber, and the fluid–solid coupling effect between the wall and the gas was considered. Meanwhile, the effects of satellite mass, initial orbit, nozzle size and target temperature on the performance of STP system were analyzed. The results show that for microsatellites with a total mass of 100 kg, the STP system can fully heat the propellant to more than 2050 K, generate an intermittent thrust of about 26 N, and enable the satellite to obtain a velocity increment of more than 1470 m/s within 19 days, consuming only 42 kg of propellant, which can directly meet the transfer mission from the geostationary transfer orbit (GTO) to the geostationary orbit (GEO). The maximum velocity increment could reach more than 1950 m/s when the propellant was completely consumed; Changing the mass and initial orbit of the satellite will not affect the thrust and specific impulse. Satellites with smaller mass will spend less time and propellant during orbit transfer. The lower is the perigee height of the initial orbit, the greater is the propellant consumption, while the shorter is the time of orbit transfer; The reduction of nozzle throat size and target temperature will lead to the increase of specific impulse and the decrease of orbital transfer time, but the reduction of thrust.     

基于分段常值的全电推进GEO卫星制导策略

电推进技术因其比冲高的技术特点在GEO轨道转移中应用可大大减少燃料质量，提高有效载荷质量比，延长任务寿命等。针对全电推进GEO卫星入轨的轨迹优化和制导问题，首先利用间接法获得小推力燃料最优GEO轨道转移的数值解，提出一种多项式曲线拟合最优轨迹的方法，多项式曲线形式简单，可作为参考轨道在星上存储和使用。在多项式参考轨道的基础上，建立了一种分段常值推力跟踪参考轨道的闭环制导策略，在常值推力条件下，轨道要素控制量与控制力有解析关系，简化了制导律设计；将多圈轨道转移问题分解为多个单圈轨道优化问题。结果显示，本文提出的分段常值跟踪制导策略跟踪精度高，和最优轨道相比多消耗7%的燃料。本制导策略控制结构简单，易于工程实施。     

An improved focusing method for geosynchronous SAR

More and more attention is paid to Geosynchronous Orbit (GEO) Synthetic Aperture Radar (SAR) in recent years due to its fine temporal resolution and large coverage, so that GEO SAR will play an important role in monitoring natural disasters, but its imaging is more difficult compared to lower Earth orbit (LEO) SAR because of the increase of orbit height. This paper mainly studies the coverage property and focusing method in GEO SAR. As is known to us, the coverage of a GEO SAR satellite can reach 1/3 of the whole Earth, and the revisiting time can reduce to 2 h, which will remarkably improve the capability in ocean applications, earth dynamics and natural hazards management and so on. Compared with the imaging in LEO SAR, a problem in GEO SAR is that the linear trajectory model can bring a big error due to the long synthetic aperture time, so that the classical imaging algorithms in LEO SAR cannot be directly applied in GEO SAR. Using the Norm method and Taylor expansion method, this paper gains an accurate slant range model, which can resolve the big error of the linear trajectory at perigee and collapse of the linear trajectory at apogee. Furthermore, this paper deduces a novel imaging algorithm for GEO SAR by means of series reversion, which realizes the focusing on large scene under the synthetic aperture time of 100 s. Finally, the simulation results at apogee and perigee prove the correction of the slant range model and imaging algorithm.     

基于视线测量和轨道预报高轨非合作目标相对导航方法

对于非合作目标,由于中远距离星上相对测量手段有限,大多情况仅能获得视线角信息.仅视线测量相对导航方法在GEO轨道条件下滤波精度低、可观测性差.提出一种基于星间视线方位测量和轨道预报信息结合的非合作目标相对导航方法.建立基于星间相对运动模型的状态方程和基于星间视线测量和轨道预报信息的观测方程,分别选取了扩展卡尔曼滤波和无迹卡尔曼滤波两种方法,仿真分析了轨道预报信息精度和滤波方法对导航精度的影响.     

地球静止轨道卫星电推进位保策略研究

研究了利用电推进系统进行GEO卫星轨道保持问题,给出了一种基于日预报的位置保持策略。首先,根据GEO卫星轨道漂移规律,分析了小推力推进系统每日进行位保的可行性;然后,针对四电推力器配置构型,给出了每日轨道误差、各推力器工作时间与区间的预测方法;进一步,针对给定的定点位置,根据位保效果对电推进安装角进行了优化选择,并研究了推力变化对位保效果和燃料消耗的影响。以东经100°定点为例对所给方法进行了仿真验证,数值结果表明:所给策略可有效用于GEO卫星位置保持。     

星载GNSS确定GEO卫星轨道的积分滤波方法

采用星载全球导航卫星系统（GNSS）确定地球静止轨道（GEO）,以解决目前应用星载全球定位系统(GPS)时导航卫星可见性差的问题。以风云卫星为例,分析了未来的GNSS相对于GEO卫星的可见性,针对GEO轨道上导航接收机采样间隔较长的问题,综合轨道积分和卡尔曼滤波方法的优点,提出了确定GEO卫星轨道的积分滤波方法。并利用STK软件仿真产生所需数据,用MATLAB对提出的算法编程并进行仿真验证,结果表明,提出的方法性能优越,定轨精度较高。