北斗导航卫星姿态与轨道控制技术发展与贡献

通过总结北斗一号卫星到北斗三号卫星的发展过程，梳理了北斗导航卫星姿态与轨道控制技术的发展变化，以及在引领卫星姿轨控技术进步和星载器部件自主可控方面取得的成就.同时，根据下一代北斗卫星导航系统的论证需求，分析给出了未来导航卫星姿轨控系统需要关注与研究的关键技术.     

FY-3D 中分辨率成像仪图像地理定位误差来源分析

以风云三号D星（FY-3D）中分辨率成像仪（MERSI）的图像地理定位为背景，针对现阶段FY-3D图像与海岸线匹配时误差表现为周期性振荡的现象，从卫星轨道和姿态控制的角度出发，分析了当前卫星运行策略对图像地理定位精度的影响。首先，建立了当前FY-3D卫星动力学模型和成像模型；然后，以FY-3D/MERSI真实遥感图像为基础，分析姿轨控分系统对遥感图像周期性定位造成的误差；最后，通过对比数值仿真结果与真实图像数据，对来自姿轨控分系统的图像定位误差来源进行了验证。研究表明，姿轨控分系统的轨道、姿态预报误差以及载荷安装误差都会导致成像基准产生偏差，进而使图像的地理定位误差呈现周期性振荡现象。     

实践九号编队飞行轨控中的姿轨耦合与推力损失研究

实践九号A、B双星系统于2012年11月5日成功完成中国首次自主编队异面绕飞试验.对其配置条件及设计要求进行了介绍,对轨控中的姿轨耦合问题与推力损失问题进行了描述和分析,给出工程中处理办法与数值仿真结果.实际在轨典型轨控结果表明,通过轨控前仿真对遥控注入的轨控加速度进行修改,实现了对实际开机时间的合理延拓,保证了轨控的精度.     

委内瑞拉遥感卫星姿轨控系统方案及在轨验证

介绍了委内瑞拉遥感卫星姿轨控系统的主要功能、指标要求、系统组成、工作模式、控制方案设计和主要故障诊断逻辑.根据卫星在轨运行数据,给出了卫星在轨运行的部分曲线和姿态控制的指标实现情况,对姿轨控系统方案进行了在轨验证.     

面向星下点轨迹自主维持的星载软件 算法与实现

为实现单星星下点轨迹维持和保持编队卫星间构型关系,提供了星载软件解决方案.给出了卫星漂移模型,并研究了轨控实施策略、轨迹实时匹配等关键技术.依托星务硬件平台,通过软件实现了样本信息处理、控制策略决断、状态自主设置、轨控参数计算等控制过程.以轨道仿真数据为输入,对软件输出与理论结果进行了比较,验证了轨控软件实现的可行性、正确性.自主轨道维持技术将进一步提升卫星的智能化、自动化水平.     

基于动态故障树的卫星可靠性分析

针对卫星系统的可靠性问题，提出了一种基于动态故障树的卫星可靠性分析方法。采用马尔可夫链和二元决策图相结合的分析方法，建立卫星的电源、姿轨控和推进3个分系统的动态故障树模型，在此基础上得到卫星的随机故障模型，并综合考虑损耗故障建立卫星可靠性模型。利用蒙特卡洛仿真对随机故障模型进行评估分析，并将其与Weibull分布模型进行性能比较，仿真结果表明该方法能够有效分析卫星的随机故障，具有计算精度高、效率高的优点，并能更有效地模拟卫星部件随机故障的动态行为。     

“用户故事”在姿轨控软件需求分析中的应用

需求分析是软件开发过程中的重要环节.在国内卫星姿轨控软件设计过程中,需求分析阶段描述和定义用户需求的工作多数仍采用传统方法,过于关注软件的设计过程,而忽略了软件需要实现的功能,常常引发需求分析结果与任务方期望不一致的情况,影响开发进度.针对姿轨控软件的特点,在软件需求分析工作中引入敏捷开发所采用的＂用户故事（＂User Story）方法,可以高效清晰地描述和定义用户所需要的软件功能,提高任务方在需求分析阶段的参与程度,显著提高需求分析的准确性.     

小卫星简化数值仿真平台与模型设计

小卫星以它低成本,多样化的特点,成为了空间科学任务的重要载体,建立小卫星数值仿真平台,并且对它进行一定的验证和评估是相当必要的.针对小卫星3个关键子系统—电源系统,热控系统,姿轨控系统进行详细的理论分析,分别对3个子系统建立有效模型;基于HLA技术设置相关的串口与协议,建立小卫星数值仿真平台.在给定有效参数后,对数值仿真平台的运行进行分析,验证仿真平台具有重要的使用价值.     

一种配置矢量调节机构的全电推卫星动力学模型

为建立全电推进卫星的精确模型、设计全电推卫星的姿轨控方法及提高卫星的控制精度,针对一种配置可展开矢量调节机构的全电推卫星开展动力学模型研究.建立四关节可展开矢量调节机构的模型,推导基于可展开式矢量调节机构构型的全电推卫星的电推力及力矩模型,在此基础上建立全电推卫星的姿态轨道动力学方程.利用此模型描述全电推进卫星的姿态运动状态及轨道变化,能够准确反映出卫星的运动性能,该模型已应用于我国亚太6E卫星研制中,应用该模型对卫星进行的动力学仿真结果符合测试及分析结果,且该卫星在轨控制效果与预期一致,验证了模型的有效性.     

星载大型反射面天线的刚-柔-姿控一体化在轨振动分析方法

随着大型可展开环形天线在航天器上的应用,口径越来越大,指标更加严格,卫星姿控、轨控、太阳翼驱动等导致的机械运动必然会引起大型反射面天线的振动,从而造成电性能降低,影响任务完成质量。提供了一种获取大型环形天线在轨振动影响的刚–柔–姿控一体化分析方法,建立了集扰动源、整星刚柔耦合动力学模型、姿态控制系统、天线振动影响分析的一体化仿真分析模型,实现了在典型扰动模式下的环形天线的振动响应计算、环形天线整体指向和变形计算。分析结果为天线在轨振动影响分析、性能指标预示、振动传递机理及抑制措施提供支持。     

静电场仪校准系统的设计及仿真研究

静电场仪的精确校准对提高卫星在轨电场探测精度、保障卫星安全发射升空、精确预测雷电等具有重要意义。针对电场仪校准的需要,设计了平行极板电容式静态电场仪校准装置。利用三维电磁场仿真软件CST对标准静电场发生装置进行数值仿真,研究了校准箱内部及边缘处的静电场分布特点,分析标准极板直径和间距对边缘效应的影响,结合极板平行度对电场均匀性的影响分析,确定了校准过程中电场仪探头的最佳位置,实现静电场仪校准装置的最优化设计。     

静电场仪校准系统的设计及仿真研究

静电场仪的精确校准对提高卫星在轨电场探测精度、保障卫星安全发射升空、精确预测雷电等具有重要意义。针对电场仪校准的需要,设计了平行极板电容式静态电场仪校准装置。利用三维电磁场仿真软件CST对标准静电场发生装置进行数值仿真,研究了校准箱内部及边缘处的静电场分布特点,分析标准极板直径和间距对边缘效应的影响,结合极板平行度对电场均匀性的影响分析,确定了校准过程中电场仪探头的最佳位置,实现静电场仪校准装置的最优化设计。     

星敏感器低频误差在轨校准方法研究

研究星敏感器低频误差在轨校准问题.星敏感器低频误差主要由周期性的空间热环境变化造成,会对卫星姿态确定精度造成显著影响.针对这一问题,提出一种星敏感器低频误差校准新方法,通过扩维卡尔曼滤波同时估计卫星姿态和低频误差参数.研究表明,采用所提低频误差校准方法能够显著提高姿态确定系统的性能.基于在轨卫星上的星敏感器遥测数据建立了用于数学仿真的星敏感器低频误差模型,数学仿真结果验证了低频误差校准方法的有效性.     

一种惯性测姿装置的校准方法

根据惯性测姿装置的基本原理和组成,将装置的姿态角引出到立方镜的工作面上,提出了一种利用电子 经纬仪进行三维姿态角的校准方法,该方法通过电子经纬仪分别对立方镜的工作面进行测量,再根据姿态角的定义 进行角度转换,从而实现对惯性测姿装置的校准。此外,利用惯性测姿装置进行试验,验证了该校准方法的可行性, 并对校准结果的测量不确定度进行评定。     

轨控大干扰下的系统角动量管理

摘要： 针对利用角动量交换装置系统实现轨控期间姿态维持的情况,研究当轨控推力器存在大力矩扰动时系统角动量管理方法.结合对地运行航天器轨道运动特性,分析轨控干扰力矩的积累角动量变化规律;考虑角动量管理装置系统的角动量存贮容量,基于角动量积累规律提出了一种结合偏置角动量建立与对称分布轨控位置选择的系统角动量管理方法,实现了对称轨控位置积累角动量互相抵消的自平衡效果,极大程度地提高轨控效率且避免系统角动量饱和现象.所提出的方法适用于喷气欠驱动控制系统,方法的有效性通过了数学仿真验证及在轨型号应用.     

基于同步仿真的卫星姿轨控软件验证方法

传统的仿真系统一般采用Matlab/Simulink进行建模,Simulink模型可以在仿真环境下模拟真实环境下的系统架构和动态数据交互,也可以动态模拟真实目标机的运行。在Simulink建模体系对目标机系统的仿真中,其自身的时钟步长和数据流处理逻辑,可能与真实物理环境要求的系统有一定的出入,不能完全模拟目标机的内部ALU逻辑和真实外围设备工作行为,从而造成一定程度的失真,影响仿真效果。提出了基于同步仿真的卫星姿轨控软件验证方法,包含虚拟目标机能够实现对真实物理目标机运行功能的完全模拟,结合协同仿真组件和Simulink模型对各个子系统单元的动态建模仿真,全面验证软件的功能,增加了卫星控制软件的可靠性和安全性。     

我国首颗科普公益卫星希望-1已在轨运行3年

希望-1卫星是航天东方红卫星有限公司抓总研制的我国首颗科普公益小卫星,于2009年12月成功发射,目前卫星已在轨正常运行3年。在中国科学技术协会、中国宇航学会和中国业余无线电运动学会的组织下,3年来开展了一系列科普公益活动,取得了良好的科普效益,形成了广泛的社会影响。希望-1卫星验证了CAST-100平台的核心技术(姿轨控除外),相关新技术和新产品已应用于各个后续卫星型号。     

可见光/激光组合的相对位姿测量研究

针对可重构航天器模块超近距离对接场景下特征点消失问题,提出一种可见光/激光的高精度相对位姿测量方法。该方法先通过可见光/激光组合对初始相对横滚角误差进行校零,完成粗校准环节;然后通过激光二维双镜反射法进行精确的相对位姿解算,获得高精度相对位姿数据。仿真结果表明,在现有技术条件下,该方法在模块相对距离在100cm内可不依赖视觉特征点,实现±1.2mm和±0.03°的相对位姿测量精度,为模块航天器对接后续的超近距离高精度位姿控制奠定基础。     

基于卫星数字并行系统的星座成像调度方法

遥感卫星星座成像调度是指通过调度和分配可用的卫星观测资源,对多个地面目标点进行成像.为了使成像调度方案满足任务需求并具有最优任务效能,通常将星座成像调度问题描述为含有多种约束的优化问题.本文提出一种卫星数字并行系统,模拟在轨卫星星座运行及控制过程.在系统中建立模拟GNC分系统、数管分系统、测控分系统功能的数字孪生卫星,接收并执行真实卫星控制指令,并以遥测数据的形式反映卫星姿态和轨道控制过程.考虑卫星多目标成像中的能量、时间窗口、光照及气象条件约束,以目标点重访时间为优化指标,将星座成像调度问题建模为一类带有约束的优化问题.通过卫星数字并行系统的加速仿真得到多目标成像序列的可行解集,并通过求解优化问题,得到多目标点重访频率最高的星座成像调度方案.仿真结果表明,本文提出的方法解决了星座成像调度中的目标分配问题,采用的数字孪生卫星模型能够真实模拟卫星姿轨控过程,从而保证该方法在星座成像任务中更具可行性和时效性.     

标准-3IIA推力可调姿轨控系统完成初步设计评审

雷锡恩公司完成了对标准-3IIA导弹推力可调姿轨控系统的初步设计评审。该系统包括1个火箭发动机，4个主要转向喷管和6个姿控喷管，可提供精确推进，使标准-3BlockIIA能以高精度拦截来袭的弹道导弹。