Effects of space weather on the ionosphere and LEO satellites’ orbital trajectory in equatorial,low and middle latitude

We study the effects of space weather on the ionosphere and low Earth orbit (LEO) satellites’ orbital trajectory in equatorial, low- and mid-latitude (EQL, LLT and MLT) regions during (and around) the notable storms of October/November, 2003. We briefly review space weather effects on the thermosphere and ionosphere to demonstrate that such effects are also latitude-dependent and well established. Following the review we simulate the trend in variation of satellite’s orbital radius (r), mean height (h) and orbit decay rate (ODR) during 15 October–14 November 2003 in EQL, LLT and MLT. Nominal atmospheric drag on LEO satellite is usually enhanced by space weather or solar-induced variations in thermospheric temperature and density profile. To separate nominal orbit decay from solar-induced accelerated orbit decay, we compute $r\text{,}h$ and ODR in three regimes viz. (i) excluding solar indices (or effect), where $r=r_0\text{,}h=h_0$ and $\mathit{ODR}={\mathit{ODR}}_0$ (ii) with mean value of solar indices for the interval, where $r=r_m\text{,}h=h_m$ and $\mathit{ODR}={\mathit{ODR}}_m$ and (iii) with actual daily values of solar indices for the interval ($r\text{,}h$ and ODR). For a typical LEO satellite at h?=?450?km, we show that the total decay in r during the period is about 4.20?km, 3.90?km and 3.20?km in EQL, LLT and MLT respectively; the respective nominal decay ($r_0$) is 0.40?km, 0.34?km and 0.22?km, while solar-induced orbital decay ($r_m$) is about 3.80?km, 3.55?km and 2.95?km. h also varied in like manner. The respective nominal ${\mathit{ODR}}_0$ is about 13.5?m/day, 11.2?m/day and 7.2?m/day, while solar-induced ${\mathit{ODR}}_m$ is about 124.3?m/day, 116.9?m/day and 97.3?m/day. We also show that severe geomagnetic storms can increase ODR by up to 117% (from daily mean value). However, the extent of space weather effects on LEO Satellite’s trajectory significantly depends on the ballistic co-efficient and orbit of the satellite, and phase of solar cycles, intensity and duration of driving (or influencing) solar event.     

环境减灾-1B卫星红外相机数据减灾应用研究

红外相机是环境与灾害监测预报小卫星星座环境减灾-1A、1B（HJ-1A、1B）卫星的3种主要载荷之一,具有宽覆盖、空间分辨率相对较高的特点。文章介绍了以红外相机数据为主,并结合其他遥感数据在我国西藏东南部雪灾、华北地区雪灾、黑龙江火灾、中国北方大范围旱灾以及澳大利亚火灾等灾害预警、灾害监测和灾情评估等方面的应用,结果表明红外相机数据在国内外雪灾、火灾、干旱等自然灾害的预警监测评估中可以发挥重要作用。     

木星伽利略卫星互掩互食天象的测光技术

对行星天然卫星互掩互食天象进行测光可以得到非常准确的天体测量信息, 这些信息可以用来进一步改进行卫星的运动理论和历表. 对2003年在云南天文台1米望远镜上实际观测到的互掩互食图像进行测光处理, 分析表明, 在对木星去晕和测光孔径为1.5~2.0倍半高全宽条件下, 所得光变曲线有较好的稳定性.      

电动绳系在低极轨卫星中的应用研究

低极轨卫星具有轨道周期短、对地观测分辨率高等优点,但由于所在轨道大气阻力大,其使用寿命受到较大限制。文章提出采用水平结构电动绳系抵消低极轨卫星大气阻力的方法,通过系绳电流与地球磁场相互作用产生洛仑兹力进行推进,进而在无燃料消耗的情况下实现对低极轨卫星轨道高度的维持。初步分析了该方法在低极轨不同尺寸卫星中的应用潜力,计算了160 、400 和800 km 典型高度低极轨卫星所经历的地球磁场、电离层和高层大气环境相关参数变化,比较了不同条件下电动绳系推力与大气阻力大小随轨道位置的变化。分析结果表明,该方法适用于400 km 轨道高度以上大卫星;在满足一定系绳长度和轨道高度的条件下,电动绳系可以有效延长低极轨卫星的轨道寿命。     

卫星姿态时延反步容错控制

针对卫星在轨飞行过程中存在执行机构故障及带有常值干扰的控制问题,提出了一种将时延控制(TDC)与反步技术相结合的鲁棒容错控制方法。该方法在继承反步控制优点的同时,引入积分环节用于减小常值干扰引起的稳态误差;同时,利用TDC的逼近能力来补偿执行机构的故障,且对设计者而言,故障信息不需要进行在线的检测和分离,而仅需要一步状态迭代。基于Lyapunov方法从理论上证明了系统的稳定性。最后,将该方法应用于卫星的姿态调节控制,仿真结果表明该控制器能有效地抑制外部干扰、参数不确定性和执行机构故障的约束,在完成姿态调节控制的同时,具有良好的过渡过程品质。     

卫星热平衡试验的温度预测与仿真模型

为了解决卫星热平衡试验中涉及的温度预测与变工况仿真试验问题,建立起星载仪器温度变化的双层集总参数模型,这一动态特性模型采用简单的嵌套结构,模型参数可以方便地运用系统辨识算法从卫星热平衡试验数据中获取,应用这一模型可以对不同星载仪器的温度变化进行分别的预测与仿真计算,从而大大减少了温度预测与仿真工作的计算量.对比研究表明:温度预测与仿真计算的结果与实际热平衡试验的结果一致.     

对地观测卫星总体参数多学科优化

针对对地观测卫星总体参数设计问题,建立了以对地观测性能最佳为目标的多学科优化模型,考虑姿轨控制、电源、结构、推进、有效载荷5个分系统的设计变量和相应约束条件,并考虑运载火箭对卫星设计的约束条件,通过经验公式建立分析模型.采用协同优化方法,利用外点罚函数法将系统级优化问题转化为无约束优化问题以改善协同优化系统级的数值缺陷,建立了多学科设计优化框架.计算结果表明通过优化可提升卫星的对地观测性能,验证了该方法的合理性.建模思路与优化方法可望用于更贴合工程实际的卫星参数设计.      

基于广义卡尔曼滤波的伪距组合GPS/INS导航

提出了一种利用广义卡尔曼滤波进行GPS/INS组合导航的技术 ,同时给出了一种最优选星算法。采用间接的反馈校正设置 ,直接利用伪距数据和不受噪声污染的星历数据。利用该方法 ,组合导航精度高 ,在导航过程中若丢失GPS信息 ,短时间内单纯INS的导航精度仍能保持。恢复GPS信号后组合系统继续正常工作。     

数字卫星概念研究

基于模型的系统工程是卫星工程设计研制的理论基础,构建数字卫星是总体设计单位的重要工作.本文分析了卫星总体设计过程对数字卫星模型精度的要求,按不确定性的大小粒度,给出了点模型、流模型和场模型的定义;提出数字卫星场的模型精度或不确定性是制约卫星功能密度、反映总体设计水平的关键指标.结合数字孪生系统的概念,论述了数字卫星场模...     

基于Ku频段静止轨道卫星的机载宽带通信网络技术的研究

详细阐述了基于Ku频段静止轨道卫星的机载宽带通信网路技术，探讨了该技术方案应用的安全性，认为该技术方案可作为民用飞机客舱内的主要网络方式在国内民航业进行推广。