SST-LL重力测量卫星轨道分析

论述了SST-LL重力测量卫星科学任务对轨道寿命、地面覆盖性能、轨道高度单圈波动、星间距离变化范围的需求。根据需求,计算了轨道的自然衰减情况,得出轨道初始高度为500km;综合考虑地面覆盖要求及运载火箭能力,得出了最佳轨道倾角为89°;得出了0.002 0偏心率下轨道高度波动范围不超过50km;分析得出星间距离的长周期变化主要受大气阻力影响,初步确定了轨道控制方案,即定期对受大气阻力较大的卫星进行轨道机动。     

可用于带耗散力卫星轨道长间隔积分的数值积分方法

本文分析了对称方法［１］不适合带耗散力的卫星轨道长间隔积分的缺陷和本质原因，并针对这个问题，采用文［２］所介绍的方法，构造并推荐了一组织分公式。     

GRACE重力卫星揭示的水储量季节性变化

利用覆盖时间段为2004年1月至2009年10月共70个月的美国NASA和德国DLR联合研制的“重力场恢复与气候实验”卫星（GRACE）时变重力场数据,估计了非洲、中国以及亚马逊流域水储量的季节性变化。结果表明：非洲北部、南部、中国南部、亚马逊流域水储量变化的季节性幅度分别为10．5cm±2．1cm、16．2cm±2．9cm、8．3cm±1．5cm、30．5cm±5．6cm。研究证实了GRACE重力卫星在监测水质量变化,乃至于一个相对较小的区域的水质量变化方面的潜能。文章的结果有助于水资源管理以及预防和缓解灾害性事件等工作的决策;此外,改进的以监测地表质量变化、全球性气候改变、灾害性事件等为目标的GRACE类型的探测计划,将促进对水文学、海洋动力学以及地球物理学等的理解。     

观测轮廓显著性耦合时的轨道根数反演方法

针对脉冲轮廓显著性数据耦合情况下无法直接根据显著性数据反演轨道根数的问题,提出了一种根据脉冲轮廓显著性数据的方差特征进行解耦,并逐步实现轨道六根数估计的方法。利用X射线脉冲星实测数据完成了基于观测轮廓显著性数据方差特征的导航验证,实验结果表明根据显著性数据的方差特征可逐次解耦显著性数据,并以方差最小准则得到轨道根数的估计值,且定位误差为7.31 km。本文方法既不依赖标准脉冲轮廓,同时适用于轨道六根数均存在偏差的实际情况,在X射线脉冲星导航的实际应用中更具优势。     

PCE方法在空间实验室轨道预报误差分析中的应用

应用多项式混沌展开法(PCE)进行空间实验室轨道预报误差分析。通过构建PCE模型对轨道预报的不确定性传播过程进行近似,进而对轨道预报后航天器位置和速度的误差进行分析。分析了不同PCE模型阶数、预报时长以及样本点的数目对构建PCE模型的影响。综合考虑精度和计算效率,给出了适用于空间实验室轨道预报误差分析的PCE模型。将PCE方法与传统方法进行对比,结果表明PCE方法有较好的非线性近似能力,且计算效率高,验证了PCE方法应用于空间实验室轨道预报误差分析的有效性。     

基于高效数值积分的实际导航性能评估方法

针对ICAO提出的基于性能导航对机载导航系统的要求,提出一种适用于"北斗二代"多模导航系统的民机机载导航实际导航性能评估方法。基于导航位置误差的二维正态分布特性,提出一种Gauss三点公式结合复化Simpson公式的高效数值积分求解算法,求解95%概率实际导航性能误差圆。仿真实验表明,方法以较小的运算损耗有效提高了误差圆概率计算的准确性,适用于基于"北斗二代"的机载导航系统实际导航性能评估,同时评估结果满足国际民航组织对民用飞机导航性能的要求。     

亚轨道飞行器返回轨道设计方法研究

返回轨道的设计对于亚轨道飞行器安全返回地面起着十分重要的作用。依     

基于轨道动力学的椭圆轨道悬停方法

连续有限推力条件下,基于动力学原理设计了伴随卫星相对于椭圆轨道的参考卫星在任意位置实现悬停的方法。给出了对任意椭圆参考轨道实现悬停的开环控制律,推导了一个周期内的速度增量计算公式。特别分析了参考卫星为“Molniya”轨道时,实现悬停需要的控制推力及速度增量。仿真结果表明,“Molniya”轨道正下方 1 km 的悬停伴飞,一个轨道周期时间内连续有限推力发动机需要产生的速度增量为10.317 m／s。文章提出的方法也可用于椭圆轨道的空间圆或水平圆等非自然编队构型设计。     

轨道机动作战中的待机轨道研究

从空间作战的作战样式出发,研究了轨道机动作战中的待机轨道,主要对轨道机动作战中的天基作战平台的机动能量———时间消耗进行了计算分析,并对处于不同待机轨道上的天基作战平台的机动作战能力及其他系统对其的保障能力进行了分析研究,同时考虑了其它的各种限制因素,对于轨道机动作战中的天基作战平台的待机轨道研究有一定借鉴意义。     

GRACE KBR的测量新体制及其精度分析

文章介绍了GRACE KBR所采用的同步双向测量比对技术的原理,总结归纳了KBR的测量误差源,对KBR测量精度进行了分析估算,最后提出了需解决关键技术的建议。     

小推力轨道保持方法

对小推力轨道保持方法进行了研究。用快、慢变量控制器分别控制轨道要素的快慢变量,基于推导的经典轨道要素与2个推力方向角和最佳变轨位置的关系,给出了最优推力方向角的解析表达式。用Lyapunov反馈控制实现卫星轨道机动的轨道转移,并引入相位调整,实现了卫星的站位保持。仿真结果表明:基于Lyapunov的反馈控制可实现小推力轨道的转移和保持。     

中低轨道卫星控制方法

针对中低轨道卫星，对平面内卫星半长轴α、偏心率e和近地点幅角w联合调整，以及平面外轨道倾角调整等进行了理论推导.用α，e，w联合修正法对初始轨道捕获、轨道保持和轨道倾角调整进行的仿真实验结果表明，用α，e，w同时修正可实现高精度的平面内轨道调整。另外，平面外倾角调整应尽可能在近地点和远地点完成，以使对升交点赤经的影响最小。     

基于基准轨道的多节点协调轨道保持方法

在指定时间内，轨道摄动方程的状态变化可以用柯西标准型的常微分方程表述。基于摄动方程，轨道的修正控制参数的计算问题可以表示为指定区间两点边值问题的参数优化问题。传统的参数计算方法本质上是将边值问题转化为初值问题，强制在一个边界点上满足边值条件，弱化了积分区域中的约束条件，造成不适应多约束条件下的轨道保持。基于基准轨道的多节点轨道控制方法在积分区域内的一组约束条件下，建立基于多约束条件方程的有限差分方程，与传统的升交点重合法相比，该算法将约束条件由目标圈目标升交点扩展到点火圈与目标圈之间所有圈的卫星位置参数约束，从而确定控制量将卫星轨道始终保持在偏差管道内，最大限度的满足对卫星轨道保持的要求。     

利用低轨道卫星间微波信号探测反演温湿廓线

通过同时测量微波信号的折射和吸收信息,低地球轨道卫星间（LEO-LEO）微波掩星探测技术能够独立反演温度和水汽廓线。通过仿真手段,首先,正演模拟了微波信号穿过大气层后由折射和吸收效应分别导致的相位延迟和振幅衰减,在此基础上,对温度、水汽和云中液态水反演廓线进行了个例分析,然后,统计分析了温度和水汽在不同纬度带的反演性能,以及云对反演精度的影响。结果表明：温度在约35 km以上存在明显正偏差,高纬度的最大,中纬度次之,低纬度最小。水汽反演误差在约4 km以下明显增大,低纬度的最大,中纬度次之,高纬度最小。有云存在时,需要去除云的吸收作用,否则温度和水汽会出现明显的正偏差。上述研究为进一步发展LEO-LEO掩星探测计划提供了理论参考依据。     

GNSS-R有效波高反演方法研究

研究基于GNSS-R测量有效波高的方法及技术原理,给出一种利用反射信号的信噪比反演有效波高的方法。方法根据海面粗糙度对反射信号信噪比的影响,建立有效波高反演模型。实验结果表明,反演有效波高数据的均方根误差是0.2431m。与传统的干涉复数场反演方法相比,文中反演方法模型简单,计算量少,能够用较短的时间反演出更精确的结果,具有一定的实用价值。     

基于伪谱反馈控制的亚轨道返回在线轨道重构方法

亚轨道飞行器任务目标的多样化对制导控制系统的智能性、鲁棒性提出了更高的要求。本文基于伪谱最优反馈控制理论并根据飞行器当前飞行状态和终端约束,使用Legendre伪谱法在线进行轨道重构,生成满足法向过载、动压和热流等轨道约束的最优返回轨迹,并实时反馈更新迎角和倾斜角制导指令。在线轨道重构使用引入迎角和倾斜角的变化率作为虚拟控制的动力学方程以保证制导指令的光滑性,并采取一系列实时性保证策略。阵风干扰下的亚轨道返回飞行仿真表明该轨道重构算法鲁棒性很强,可以满足闭环反馈更新时间要求,并且迎角和倾斜角不会出现增加控制难度的剧烈抖动现象。     

分布式航天器相对轨道确定方法

根据航天器相对运动的C-W-Hill方程建立的动态模型,以及基于无线电测量方案建立的相对距离观测模型,提出了一种用扩展卡尔曼滤波(EKF)确定分布式航天器相对轨道的方法。用STK、Matlab软件进行的仿真验证结果表明,该方法可确定分布式航天器相对位置和相对速度,所获解的精度较高。     

太阳同步轨道立方星任务轨道演化分析

立方星是近年来微小卫星领域的研究热点,文章以太阳同步轨道(SSO)立方星任务为例,研究地球非球形引力项J2和大气阻力对立方星轨道演化的影响。分别研究了轨道高度、太阳活动指数F10.7和大气模型对SSO立方星轨道演化的影响,进行了数值仿真验证。研究表明:大气阻力摄动对SSO立方星轨道寿命影响很大,影响结果与轨道高度之间存在非线性关系;太阳活动高、低年时的轨道演化差异明显,且演化量随F10.7的变化是非线性的;不同大气模型下的轨道演化情况存在差异,大多数模型所对应的轨道演化量的量级基本一致。上述影响分析对SSO立方星任务轨道的选定及轨道控制具有一定的参考价值。