卫星正常模式姿态确定算法研究

针对太阳同步极轨卫星进行了正常模式姿态确定算法研究 ,采用四元数法建立了较完整和准确的姿态估计器模型 ,并进行了可观测性及观测度的分析。通过数学仿真证明此姿态确定算法能够对星体姿态进行较精确的估计或校正 ,满足卫星控制精度要求     

卫星图像运动补偿的矢量几何法

研究利用星上有效载荷扫描镜运动控制进行图像运动补偿的新方法.分析了影响三轴稳定静止轨道气象卫星成像的主要因素,研究了轨道运动对扫描镜光轴指向的影响.应用三锥相交原理,提出了利用测量估算所得轨道位置和速度信息计算补偿量的矢量几何法.数值仿真结果表明,矢量几何法能够有效补偿轨道运动对扫描镜光轴指向的影响,显著提高成像质量,精度与传统矢量坐标变换法相同,但运算量更小.     

一种基于运动补偿的高动态微弱直扩信号捕获算法

针对高动态长时间积累情况下直扩信号能量无法有效积累的问题,提出了一种基于运动补偿的二倍分组块补零（Double Block Zero Padding,DBZP）算法。首先利用Keystone变换对输入信号与本地伪码在频域相乘后的结果进行处理,消除伪码自相关峰走动;再利用分段解线调技术同时补偿掉多普勒扩展和伪码自相关峰弯曲;最后对信号进行相干积累。仿真结果表明,基于运动补偿的DBZP算法能有效地消除动态的影响,大幅减小积累损耗,进而提升捕获灵敏度。该算法能广泛应用于基于直扩信号的高动态微弱目标捕获。     

Determination of the Attitude Motion of a Satellite Based on a Kinematical Model of Motion and Using Data of Measurements of Its Angular Velocity and the Earth’s Magnetic Field Strength

An integral statistical procedure of determination of the attitude motion of a satellite using the data of onboard measurements of angular velocity vectors and the strength of the Earth’s magnetic field (EMF) is suggested. The procedure uses only the equations of kinematics of a solid body and is applicable to determining both controlled and uncontrollable motions of a satellite at any external mechanical moments acting upon it. When applying this procedure, the data of measurements of both types, accumulated during a certain interval of time, are processed jointly. The data of measuring the angular velocity are smoothed by discrete Fourier series, and these series are substituted into kinematical Poisson equations for elements of the matrix of transition from a satellite-fixed coordinate system to the orbital coordinate system. The equations thus obtained represent a kinematical model of the satellite motion. The solution to these equations (which approximate the actual motion of a satellite) is found from the condition of the best (in the sense of the least squares method) fit of the data of measuring the EMF strength vector to its calculated values. The results of testing the suggested procedure using the data of measurements of the angular velocity vectors onboard the Foton-12 satellite and measurements of EMF strengths are presented.__________Translated from Kosmicheskie Issledovaniya, Vol. 43, No. 4, 2005, pp. 295–305.Original Russian Text Copyright © 2005 by Abrashkin, Volkov, Voronov, Egorov, Kazakova, Pankratov, Sazonov, Semkin.     

三轴稳定通信卫星在地球搜索模式下的陀螺标定

本文介绍三轴稳定通信卫星在转移轨道远地点点火前，在地球搜索模式下的陀螺标定方法和计算公式。此种陀螺标定需进行两次姿态机动，利用太阳敏感器和速率积分陀螺遥测数据标定陀螺的常值漂移。     

仅有单个陀螺的Drag—free卫星初始速率阻尼模糊控制研究

研究了在仅有偏航姿态测量陀螺时,利用Drag—free卫星与其内部定向体间的相对状态观测值实现姿态确定的方法。针对Drag—free卫星的特点,建立了定向体的空间姿态观测模型和Drag—free卫星的姿态动力学方程,据此推导了用于姿态确定的Kalman滤波算法。为实现初始速率阻尼阶段Drag—free卫星的三轴姿态稳定,设计了模糊控制律。仿真结果验证了方法的有效性。     

高阶带谐摄动下卫星相对运动精确动力学模型

在考虑J 2 项摄动的卫星相对运动精确动力学模型基础上,推导了可以精确到任意阶带谐非球形引力摄动的卫星相对运动精确动力学模型,还给出了一组简洁的基于参考卫星轨道要素（Reference Satellite Variables）的微分方程,能够描述精确到任意阶带谐非球形引力的卫星地球轨道运动。由于在模型推导过程中没有引入任何简化,新推导的结果适用于任意偏心率的地球轨道。     

航天员虚拟训练中的一维直线运动速度规划算法

研究了身穿航天服的航天员在搬运物体时的运动规律,将搬运物体的过程进行了分类.结合传统的六段加减速算法,对每种情况下的肌肉激活度进行了规划,并采用粒子群算法进行求解.利用Matlab/Simulink搭建了上肢骨骼肌模型,实现了目标物体的速度规划.将动态加速度约束转变为静态肌肉激活度约束,提出了一种在动态加速度约束下基于...     

锥运动条件下新的速度误差补偿项研究

经典的捷联惯导积分算法往往需要在姿态更新过程中对圆锥误差项进行精确补偿。虽然考虑了载体姿态变化的影响,但速度更新算法通常忽略了圆锥效应的作用。就圆锥误差项引起的速度误差进行了研究。指出其与陀螺角增量对速度更新的影响方式相同。在假设的线性斜坡模型条件下,利用两个连续的角增量和比力增量,详细推导了新的速度误差项的二子样更新补偿算法。在一种特殊的机动条件下,即当载体绕横轴作圆锥角振动的同时又沿立轴作同频同相的线振动,推导的二子样优化算法能够使该误差补偿项的平均性能最优。仿真结果证明该优化算法能够对新的速度误差积分项进行有效的补偿。     

摄动条件下椭圆轨道卫星相对运动研究

基于严格定义的相对轨道要素,考虑非球形引力、大气阻力和三体引力等摄动力的影响,用拟平均根数法添加相关摄动项,推导了椭圆轨道摄动条件下无奇点的卫星近距离相对运动模型。分析了考虑摄动力的影响时相对轨道要素的特性,并据此分析了各摄动力对卫星相对运动轨道预报精度的影响,比较了有无摄动的相对运动模型与精确解间的误差。算例验证了方法与结果的正确性和有效性。研究结果完善了相对轨道要素的基本理论,并将其适用范围拓展至摄动条件下的椭圆基准轨道卫星相对运动研究领域。     

卫星捕获太阳的新方法

对卫星入轨后捕获太阳的方法进行了研究 ,并对一种有效的控制规律进行了分析计算 ,最后对卫星的运动过程进行了仿真验证     

The Motion of a Material Point in a Newtonian Field under the Action of Equiangular Thrust

The problems of investigation and optimization of the motion of spacecraft are extensively discussed in the literature. Nevertheless, in many cases a large variety of qualitative characteristics of their motion and of the form of their trajectories are still unclear. In this paper we consider a plane equiangular acceleration of a spacecraft both in a Newtonian field and in its absence (at a large distance from the center of attraction). The general equation of a trajectory of plane acceleration is presented with the introduction of a new variable, an index of an exponent, which allows one to obtain convenient solutions at different values of the time-independent angle of inclination of the vector of thrust to the spacecraft's radius vector (i.e., when equiangular acceleration takes place). Asymptotic solutions are constructed and an interesting fact is revealed. Namely, it is shown that when the center of attraction exists or is absent, for all initial conditions the trajectories appearing at the above equiangular acceleration of a material point tend to the standard logarithmic spirals at a large distance from the center. Specifically, when the value of transverse (perpendicular to the radius vector) thrust is constant, there appears a logarithmic spiral with an angle of inclination to the radius vector equal to 35.264°. Different forms of the trajectory of equiangular acceleration of spacecraft at a low thrust are also studied. The results obtained can be useful for the investigation and choice of optimum space trajectories.     

双体卫星对日定向姿态机动控制

研究了双体卫星(DFP)对日定向姿态机动控制问题。首先分析双体卫星工作机理,建立载荷舱与平台舱姿态模型,推导磁浮机构线圈和磁钢相对距离的数学表达式。提出基于PD控制的载荷舱对日姿态机动、平台舱姿态跟踪以及两舱避碰等控制策略。在此基础上,为提高平台舱姿态跟踪速度,设计反步控制器对平台舱飞轮的动态特性进行补偿。进一步,为提高两舱协同控制性能,对传统PD控制进行改进,提出基于变增益PD控制的载荷舱姿态机动控制律,将两舱相对姿态信息包含在载荷舱对日姿态机动控制律中,有效降低了两舱碰撞风险,提高了两舱姿态机动速度。仿真结果表明,本文控制算法能有效实现双体卫星对日定向,且能避免两舱碰撞。     

导航星座星间链路信号捕获搜索策略研究

针对导航星座星间链路信号动态范围大、捕获性能要求高之间的矛盾,利用星历信息辅助信号捕获。在此基础上,分析了信号捕获串行搜索、码并行搜索和频率并行搜索的计算代价,给出了不同信号体制和星历误差下各搜索策略对应的运算量表达式,并结合典型的应用场景进行了算例分析。分析结果表明星间信号捕获在星历误差较小时采用串行搜索策略具有最少的计算量,在星历误差较大时采用码并行搜索策略计算量最少。     

重力梯度稳定小卫星的最优主动磁控和动量轮控制

为了提高小卫星定点精度,姿态控制系统采用俯仰轴动量轮控制和三轴磁力矩控制。用四元数方法建立起卫星动力学方程和运动学方程。以响应时间和响应时间内欧拉角误差和角速率误差的平方和这两个单目标作为目标函数,以三轴的位置增益、速率增益和卸载增益为设计变量,以三轴欧极子矩不超过要求值,俯仰轴的轮动量矩不超过要求值,以及末尾响应时间内应保证欧拉角和角速率逼近控制值为约束条件,建立起卫星最优控制模型。最后,作为例子应用到小卫星姿态控制中,结果证实最优控制算法是可行有效的。与传统PD控制相比,优化后的姿态控制性能也大大提高。     

一种GEO卫星太阳光遮挡轨迹设计与控制方法

为满足未来GEO卫星空间对抗手段多样化的需求,提出了一种对太阳光进行遮挡的新型空间攻防系统.首先,分析了太阳矢量在目标航天器轨道坐标系中的运动特性,基于近距离相对运动方程设计了追踪航天器的圆锥面绕飞轨迹,推导了 N等份遮挡轨迹下的总速度增量表达式.其次,考虑非线性误差和复杂空间环境摄动的影响,采用自抗扰控制方法设计了闭...     

挠性结构卫星单轴气浮台的模糊控制

将在线变动模糊划分的模糊控制应用在挠性结构卫星单轴气浮台全物理仿真实验中，实现挠性结构的大角度机动控制，获得了机动性能好、稳态精度高的结果。在模糊控制中，模糊集合的划分在控制过程中在线变动，自动确定模糊集合隶属函数的参数，需人工设置的控制器参数很少，只需调整一个控制能量分配参数，易于应用到实际控制过程中。     

太阳同步轨道卫星太阳电池阵在轨特性分析

卫星太阳电池阵的在轨特性主要受太阳入射角、地日距离因子、温度、星体遮挡、地球反照和衰减因素的影响。文章利用某太阳同步轨道卫星在轨数据,分析得出太阳电池阵输出功率的变化规律,并利用归一化处理方法,得出地球反照、星体遮挡、衰减因素对太阳电池阵输出功率的影响规律。文章的研究成果也适用于其他太阳同步轨道卫星,可为后续同类太阳电池阵的优化设计提供参考。     

编队卫星相对运动描述方法综述

对于近地轨道卫星编队飞行的相对运动理论研究,可以采用的方法包括直角坐标法和 轨道要素法。利用直角坐标法得到的相对运动动力学方程可以用于编队队形控制研究,轨道 要素法能够给出相对运动的运动学描述,便于定量研究摄动影响和进行编队队形设计。分析 了直角坐标法在描述卫星长期编队飞行方面的局限性,综述了利用轨道要素描述编队卫星相 对运动的各种研究方法,包括轨道要素差法、相对轨道要素法和参照轨道要素法等。