一种基于信息一致性的卫星编队协同控制策略

提出一种基于信息一致性的分布式协同控制策略,实现了卫星编队的构型建立、保持与整体机动。首先根据编队各星的初始相对状态,应用一阶一致性算法,协商估计出编队整体系统基准参考点的相对状态;再根据编队整体系统模型预测方程,以凸优化方法规划出期望重构机动路径;之后设计了基于二阶一致性算法的反馈协同控制律,使各星彼此协同地跟踪期望路径与构型、整体机动参考信息,并证明了系统的稳定性。仿真结果表明:只要在基准参考点一致性估计过程中信息拓扑图中存在最大生成树,该策略就能实现卫星编队的协同机动;反馈协同控制律能有效消除相对初始状态误差与地球非球形摄动J2项引起的各星状态偏离,并具有较好的容错性;与传统方法相比,本文方法在燃料消耗总量与均衡性方面均有所改善,且在构型快速建立或重构时,燃料消耗总量方面优势较为明显。     

卫星姿态控制系统容错控制综述

主要针对卫星姿态系统容错控制研究领域已有的成果进行了回顾。总结了国内外卫星容错控制的现有成果,主要从卫星姿态控制系统的可重构性、单体卫星容错控制和卫星编队容错控制3个部分对相关的研究成果进行了归纳分析。其中,卫星姿态系统的可重构性从重构目标和系统功能要求两方面进行分析;对单体卫星容错控制现状的介绍主要从自适应技术、滑模理论、预设性能、干扰观测器、故障估计观测器几个方面展开;卫星编队容错控制方法从独立容错、协同容错、拓扑重构和组成重构的角度进行阐述。最后进行总结,并展望了卫星姿态控制系统容错控制领域未来可能出现的新问题和研究思路。     

带时变通信时间延迟的卫星编队姿态协同自适应L2增益控制

针对卫星编队姿态协同分布式控制问题,提出一种基于Lyapunov方法的编队飞行协同控制策略.首先,考虑到实际编队飞行中星问通信存在时变时间延迟及模型不确定问题,结合变结构控制的思想设计一种针对时滞系统稳定性分析的Lyapunov函数,从而由直接Lyapunov方法得到可对模型参数进行估计的自适应分布式姿态协同控制器,并...     

集群编队条件下通导一体高精度时间同步方法

针对集群编队条件下对高精度时间同步的需求，对通导一体高精度时间同步方法进行了研究，将卫星导航系统与数据链系统进行深度融合，提出了动基座条件下基于卫星导航载波差分算法的节点间高精度时间同步算法。该算法通过协同时间驯服的方式来抑制两次定位间隔间受钟漂影响导致的节点间时间同步误差发散以及节点间时钟修正不同步导致的时间同步误差，提升了编队组网条件下节点间的时间同步精度。最后,通过仿真对算法进行了验证。结果表明，时空同步精度可以达到1ns，可有力支撑未来集群编队作战、高精度协同探测、高精度协同制导等典型场景下对节点间高精度时间同步的需求。     

基于卫星导航的铁路列车控制系统自主定位技术研究进展

基于卫星导航的车载自主化列车控制是智能铁路技术体系的关键组成部分。对中国列车控制系统体系架构进行了梳理,分析了列控专用列车自主定位基本结构及与列控系统的接口模式。结合列车运行控制对安全性的特定需求,探讨了列车自主定位性能需求体系,介绍了国内外基于卫星导航的新型列车控制系统的发展情况,阐述了列车自主定位技术内涵及主要研究进展,从多源感知融合无缝定位、列车卫星定位主动增强、定位专用轨道地图数据库、自主定位性能测试评估等多个方面进行了全面系统的梳理和分析,介绍了伪卫星增强列车定位、轨旁卫星定位增强网络、地理分布式零现场虚拟测试设施等典型成果,并对前沿技术运用演进、关键场景融合优化、复杂环境安全防护、跨层协同全息感知、专用标准规范体系等未来发展方向进行了展望。     

空间目标编目维持中的观测需求确定方法研究

针对空间目标探测中观测计划制定业务面临的目标观测需求确定问题,首先分析影响目标观测需求确定的因素,据此进行精度指标确定分析,然后结合一类目标,在进行“圈／站／天”组合精度分析的基础上,提出动态观测需求确定方法,并阐述其运行机制。     

船载USB角误差解调特性海上标校技术研究

对船载USB的海上标校方法进行了研讨,首先分析了USB角误差解调特性变化原因、标校需求及原有标校方法优缺点,然后介绍了已经应用的新标校方法——同步卫星辅助法,最后提出了无外在目标配合标校新方法,并进行了可行性分析及应用讨论。     

异构MAS结构下的空天资源多阶段协同任务规划方法

利用空天资源的互补优势进行协同观测是对地观测领域的新趋势.为提高对地观测效益和多阶段观测任务的完成度,分析了空天资源协同观测任务规划问题中的观测资源异构性和多阶段观测任务分解方式的多样性.针对卫星和无人机的任务规划模型不一致的特点,建立了异构多智能体系统(MAS)多阶段协同任务规划模型,根据模型特点将问题求解分解为两个协商过程,并分别提出了基于市场模型的异构MAS多阶段协同任务规划算法和基于自适应“超级步”的资源Agent协同任务规划算法.最后,研究了该方法在空天资源联合观测中的应用情况,实验及分析结果表明该方法能够有效解决空天资源对地观测协同任务规划问题.     

The Ørsted satellite project

This article describes the key science objectives and system design aspects of the Ørsted satellite. It will also describe the integration and test activities performed to qualify the satellite for launch and present the first results obtained during the initial 6 months of the mission. The project is performed as a cooperative effort between a group of Danish universities, institutions and industries active in space activities. TERMA Elektronik AS manages the project.     

卫星测控应用中心远程容灾系统方案设计

随着航天技术的发展,各种卫星如综合侦察卫星、气象与海洋监视卫星、数据与中继卫星等,其数据的信息速率存储、处理的数据量越来越大,对卫星测控应用中心大容量、高速率数据的安全性、可靠性要求也越来越高。在自然灾害,如地震、洪水;人为破坏,如恐怖活动、战争等条件下,确保卫星测控应用中心的安全与快速恢复能力,将非常重要。本文从原理上设计了一套远程数据容灾系统方案,以保证卫星测控应用中心在自然灾害或人为破坏后能够快速恢复其基本功能。分析表明,该方案具有很好的可靠性、安全性。     

Power beaming providing a space power infrastructure

A study based on two levels of technology maturity, which applies to the power beaming concept to four planned satellite constellations, is described. The analysis shows that with currently available technology, power beaming can provide mass savings to constellations to orbits ranging from low-Earth orbit to geosynchronous orbit. Two constellations, a space surveillance and tracking system and space-based radar, can be supported with current technology. The other two constellations, a space-based laser array and a boost surveillance and tracking system, will require power and transmission system improvements before their break-even specific mass is achieved. A doubling of SP-100 conversion efficiency from 10 to 20% would meet or exceed break-even for these constellations     

多无人机协同覆盖路径规划

多无人机协同覆盖路径规划(CPP)由于其并行性和容错能力,对于提高无人机完成侦察、监视、搜索等任务的效率具有重要意义。提出了一种基于无人机任务性能评价和任务区域划分的多无人机协同CPP算法。定量分析了无人机执行覆盖任务的能力,根据无人机及携带成像传感器的性能给出了计算无人机任务性能指数的数学公式;提出了一种基于任务性能和子区域宽度的任务区域划分算法,使无人机的总转弯次数达到最少。仿真结果表明,所提出的CPP算法能够规划出全局最优的多无人机协同覆盖路径。     

Performance evaluation of GPS augmentation using Quasi-Zenith Satellite System

The current global positioning system (GPS) provides limited availability and capability for a country like Japan where mountainous terrain and urban canyons do not allow a clear skyline to the horizon. At present, the Japanese Quasi-Zenith Satellite System (QZSS) is under investigation through a cooperative effort between the government and the private sector. QZSS is considered a multi-function satellite system, as it is able to provide communication, broadcasting, and positioning services for mobile users in a specified region with a high elevation angle. The additional GPS compatible signals from QZSS can remarkably improve the availability, accuracy, and capability of GPS positioning. This work focuses on the performance of GPS augmentation using the proposed QZSS. The QZSS satellite constellation and signal structure are briefly reviewed. Positioning with pseudo-range and carrier phase are discussed. The performance of GPS augmentation using QZSS in the Asian-Pacific and Australian area is studied using software simulations. The results are presented using the number of visible satellites as a measure of availability, GDOP as a measure of accuracy, and ambiguity success rate as a measure of capability of carrier-phase-based positioning with spatial and temporal variations. The results show that the QZSS will improve not only the availability and accuracy of GPS positioning, but will also enhance the capability of the GPS carrier-phase-based positioning in Japan and neighboring regions.     

绕飞监测小卫星姿轨联合自适应控制研究

针对小卫星近距操作过程中轨道和姿态控制问题,建立了小卫星相对轨道和姿态的误差动力学模型。采用相对轨道和姿态联合控制策略,并考虑小卫星作业过程中质量和转动惯量的不确定性,设计了自适应输出反馈控制律,并证明了其稳定性。最后以对圆轨道目标星近距离环航为例,根据作业任务和姿态指向要求,设计了小卫星相对轨道和姿态的期望运动,应用所提出的控制策略及相应的控制律进行了数值仿真。结果表明,系统跟踪误差能够较快收敛,说明了控制策略的有效性。     

卫星激光通信终端控制系统稳定性设计

卫星激光通信终端控制系统的稳定性是激光通信链路建立与保持过程中的重要性能指标.以终端天线与快速倾斜镜(FSM)个内回路控制器设计为基础,建立了当电荷耦合(CCD)探测器获得对方终端位置信息构成激光闭合回路时整个激光通信控制系统模型,并根据时滞依赖稳定性定理推导了系统渐近稳定的充分条件,在此基础上对不稳定情况,结合锥补法...     

ADS-B监视报文参数统计及其所需性能

基于广播式自动相关监视（ADS-B）报文的位置导航不确定性指标（NUC_P）的监视质量备受关注。针对位置导航不确定性参数好、监视质量却不高的问题，深入研究广播式自动相关监视报文数据项及其与基于性能的通信与监视的相关性。在充分考虑通信导航监视相关性及全球卫星导航系统（GNSS）广域增强等因素基础上，推导、构建了监视所需性能估计模型，并给予合理简化。在测试空域利用2个具有运行资质的生产商ADS-B接收站，连续采集近2亿条ADS-B报文，统计分析报文各信息项的状态参数，并应用到所需性能估计模型评估计算这两个ADS-B站的所需监视性能。此外还将参考文献报文参数代入模型评估所需性能。结果显示，当考虑报文各信息项统计状态及具备广域增强服务支撑时，ADS-B所需监视性能参数估计值未达到99.9%要求。若缺乏广域增强服务及相关性因素等，系统所需性能与国际民航组织（ICAO）监视要求的差距则更大。     

Navigating towards the future: transitioning from terrestrial radio navigation to satellite navigation and airborne surveillance

This paper presents a proposal for transitioning from terrestrial-based navigation aids to implementing satellite and airborne surveillance as the primary navigation means. The transition occurs through several steps. First, the installation and use of modern navigation and surveillance equipment is mandated by the regulatory organizations. The installations should take place in a sequenced fashion to allow time for companies to absorb the initial cost. Next, the existing network of terrestrial navigation aids is down-sized leaving only the areas of heaviest use in service. At this point, the global positioning system (GPS) will be deemed the primary method of terrestrial and oceanic travel. Finally, terrestrial navigation stations will be available around airports and the remaining stations will be put in a standby condition for use in the event of a national emergency. This paper will discuss the security benefits and examples of cost savings through implementation of these steps.     

我院建成航空卫星通信实验地球站

在世界范围内实现新的通信、导航和监视／空中交通管理，能改善空中交通服务，减少运营费用和提高飞行安全等。中国民航学院建成航空卫星移动通信实验地球站，为研究新航行系统、试验自动相关监视等，创造了良好条件     

基于循环追踪控制的卫星编队构形调整控制律设计

卫星编队控制问题中，分布式控制优于主从式控制，在编队控制中应用日益广泛。提出了一种基于循环追踪算法的分布式控制策略，分析了该方法的优势。由于循环追踪算法存在编队中心由初始几何中心固定并与运动过程无关的弱点，引进了虚拟灯塔导引进行联合控制实现编队中心可变。建立了三维空间相对运动数学模型，设计非线性循环追踪算法与虚拟灯塔导引联合控制律，对全员联合控制与单星联合控制其余卫星采用非线性循环追踪控制两种方案的计算结果进行比较。结果表明，全员联合控制律的控制方案优于仅单星采用联合控制的方案，两种方案均可实现卫星编队按指定构形运动。     

Optical fiber geostationary tether satellite (F-GTS) system design

The geostationary satellite orbit (GSO) is a limited natural resource and its efficient utilization is very important. The geostationary tether satellite (GTS) system has a number of satellites aligned along the local vertical on either side of the nominal geostationary position. The system is synchronized with the Earth's rotation and all the various altitudes are geostationary, Furthermore, optical-fiber geostationary tether satellite (F-GTS) system has been introduced to improve the GTS system, with regard to increment of communication capacity, simplification of interference paths and intersatellite link (ISL) capability. The F-GTS system design is discussed with the purpose of achieving a realistic satellite network. Three frequency bands, i.e., the 14/11, 30/20, and 50/40 GHz bands, are examined for selection of the optimum frequency band. The F-GTS system example for covering the service areas in Japan is discussed with regard to satellite antenna diameter, communication capacities, etc. To apply the F-GTS system to the whole GSO, the diagonal azimuth orbit arrangement method is proposed for low latitude service areas. Moreover, the F-GTS communication capacity and total communication capacity, when the F-GTS systems are applied to the whole GSO, are also examined.