亚太区域导航八星星座分析

提出了一个由八颗同地迹有一定倾角的地球同步圆形轨道(IGSO)卫星组成的区域导航星座方案。分别从星座的几何特性、卫星、用户终端三个角度对该星座进行了分析。对比大椭圆轨道方案、近圆地迹轨道方案,认为IGSO方案是我国区域导航比较有利的方案。     

基于遗传算法的全球导航星座重构研究

全球卫星导航系统在部分卫星失效的情况下会引起地面导航性能下降甚至造成导航服务中断,但卫星数量众多的全球导航星座本身具有一定冗余性,在少数卫星失效时可以通过调整剩余工作卫星的轨道来降低失效影响。这种星座重构的维护方式具有快速响应故障和故障针对性强的特点。在星座重构中涉及到选取调整卫星及其轨道参数的问题。分析了用遗传算法实现星座重构方案优化的编码、适应度选取和进化过程,利用C 结合STK和GALIB完成了对24MEO 4GEO构成的全球导航星座在3颗以下MEO卫星失效时的星座重构方案优化,并对多种星座重构的轨道机动方案进行了对比。     

小卫星和通信卫星星座技术特征分析

介绍了小卫星的发展情况和特点 ,给出了小卫星星座的概念和星座的主要设计参数 ,指出了编队飞行和组网技术在应用方面面临的挑战。然后分析了最新发展的通信卫星星座技术和星座卫星通信系统的设计原则 ,对中、低轨道星座系统进行了综合分析 ,并在此基础上进一步提出若干低轨道星座组网方案。最后指出了小卫星组网的若干关键技术及发展趋势。     

两种典型异构星座摄动轨道偏置与保持控制

分析了低中高不同轨道高度受摄演化规律,针对2种典型的异构混合星座,提出了星座部署偏置量计算方法及星座构型保持控制策略。算例表明,合理利用入轨轨道参数偏置和摄动运动保持控制,可以实现异构星座卫星最优协同工作。     

星座导航与控制分布式仿真系统设计

基于HLA/RTI和STK,设计了卫星星座导航与控制分布式仿真系统.仿真系统中每颗卫星均由单独的计算机模拟,可真实地反映星座的运行情况,更好地模拟星间链路;卫星轨道精确外推、星间链路优化、基于基准星和星间距离测量的分布式导航以及基于相对轨道根数的星座绝对站位保持等关键技术也融入到系统中;仿真系统还具有直观的二维、三维场景和曲线动态可视化演示功能.结合具体的WaIker星座实例,仿真星座稳定运行180天,系统运行结果表明所设计的仿真系统及采用的关键技术能够满足仿真与评估的需求.另外,在一定程度上该仿真系统还支持其它卫星星座的仿真与评估.     

低轨Walker星座构型演化及维持策略分析

针对低轨(LEO)Walker星座构型维持问题,分析在地球非球形引力和大气阻力摄动下卫星的运动规律及星座构型演化特性。结果表明,低轨Walker星座构型发散主要体现在由初始轨道参数不一致引起的轨道高度衰减和相位漂移,国内首例低轨Walker星座实测轨道数据验证了理论分析的正确性。结合星座任务特性与构型发散特点,提出了基于基准卫星的相对相位维持策略,选取一颗卫星作为基准卫星,使星座中其它所有卫星相对于基准卫星的相位漂移量累加值最小,通过对目标卫星实施一次相对基准卫星的轨道高度抬升/降低,维持星间的相对位置关系。实际工程应用表明了此策略的有效性,不仅降低星座构型维持的复杂度及频次,节约燃料,且轨控时间短,为我国今后卫星星座的构型维持提供参考。     

卫星星座应用设计

本文以低地轨道小卫星星座为研究对象，讨论了星座覆盖性能分析方法，对各种覆盖性能指标进行了分析评价；在此基础上探讨了星座设计的一般准则及优化方法，并针对某一类型任务对两轨道面和三轨道面星座进行了优化设计，阐述了星座优化设计的关键以及不同轨道面数目下星座优化的潜力和特点。     

混合导航星座卫星重构方法研究

讨论了混合导航星座的中高轨道(MEO)子星座重构策略和同轨道面内重构的方法,分析了重构优化目标与方法。仿真结果表明:MEO子星座卫星配置可满足混合导航星座任务转换的需求,当卫星转移的相位角及转移高度确定时,转移时间与转移能量成反比。     

区域观察小卫星星座重构方法研究

在对地观测任务中，经过优化设计的卫星星座通常具有较强的适应能力。但是，当星座中某颗卫星失效或地面需求发生变化时，就需要进行星座重构，以恢复或增强对部分地区的观察能力。提出了小卫星区域观察组网的方法，重点探讨了在应急情况下区域观察小卫星星座的重构问题，研究了节省能量的卫星轨道机动方法，特别提出了保持轨道属性和星座基本构形的预置量机动方法，分析了应急机动星座重构的几种情况，给出了每种情况的星座重构策略。     

利用空气阻力进行卫星星座的站位保持研究

对于航天器来说,空气阻力通常是一种不利的摄动因素,但是也可以利用它来实现卫星星座的相对站位保持,基本思路是通过控制卫星的弹道系数来达到站位保持的目的。本文首先用最优控制理论探讨了对相同圆轨道上两星相位差的控制方法,并进而推广到星座中卫星的站位保持;其次,提出了利用空气阻力进行Walker-δ星座相对相位保持的充分条件,并提出了一个简单的控制规律,进行了仿真分析,结果表明利用空气阻力进行相对相位保持可以实现稳定性很好的星座相位控制。     

一种具备星间链路的中轨对地观测星座设计

采用轨道高度为2165.6 km、回归周期为1天的太阳同步回归轨道建立了一个包含6颗卫星、具备星间链路的中轨对地观测星座。通过卫星自身的侧摆姿态机动功能,可以实现对同一目标1天之内的多次观测,以完成区域性准实时成像、灾害灾情监测等任务,极大地提高了观测的时间分辨率。在星座内部,相邻两颗卫星之间建立了5000 bit/s码速率测控和250 Mbit/s码速率数传的星间链路,能够充分利用单颗卫星在境内的可视弧段,通过地面与单颗卫星建立星地链路就可以同时完成与所有卫星的星地通信。     

微纳卫星星座的Kuhn-Munkres匹配部署优化方法

针对将半长轴、升交点赤经、纬度辐角均不同的低轨微纳卫星群部署到同一轨道面不同目标相位的星座部署问题，提出一种基于Kuhn Munkres(KM)匹配的星座部署优化方法。通过KM算法实现卫星和目标纬度辐角的优化匹配，充分利用J 2摄动，使升交点赤经借助半长轴和纬度辐角的部署而得到同步修正，从而节约燃料。仿真结果表明，相比于传统部署方法，在相同约束下，优化后的部署方法使各星平均燃耗减少，各星燃耗量均衡性提高。弥补了传统同轨星座部署中将各星初始位置简化为空间一点且忽略部署过程中的升交点赤经漂移的不足。采用有限常值推力实现轨道机动，适用于携带微推力推进系统的微纳卫星。     

激光驱动接力移除空间碎片的小卫星星座及可行性研究

在众多空间碎片移除技术中,天基激光烧蚀驱动是一种高效的、有广阔应用前景的移除技术,特别是针对移除海量的、尺寸在1~10 cm的危险碎片而言,更是具有独特优势。然而,这一技术对高能激光器单脉冲能量、光束质量、发射镜口径等要求很高,目前的硬件水平还达不到实用指标要求,制约了其天基应用。为了克服这些硬件技术障碍,本文另辟蹊径,利用小卫星概念,提出了由不同轨道高度小卫星平台组成小卫星星座,通过在每个小卫星平台上的激光驱动接力来逐步降低碎片轨道高度,最终达到移除空间碎片的小卫星接力移除星座的构想。基于现有的激光器性能参数,根据激光烧蚀驱动碎片动力学模型计算了单个卫星平台的移除能力,结果显示,10 J单脉冲能量激光器和0.5 m直径发射镜,能够对20 km范围内、尺寸小于10 cm碎片进行有效驱动。进而,针对空间碎片密集度高而应用最广的800 km轨道高度区域,设计了由分布在不同轨道高度的30颗小卫星组成接力驱动移除星座系统方案,通过仿真模拟计算验证了星座系统的移除碎片的可行性。该研究利用目前热门的小卫星星座,降低了天基激光移除空间碎片技术对硬件的性能要求,为该技术的应用提供了新的思路和途径,所提出的小卫星接力驱动星座系统方案也有工程参考价值。     

Evaluation of a satellite constellation for active debris removal

This paper analyzes an example of a three-dimensional constellation of debris removal satellites and proposes an effective constellation using a delta-V analysis that discusses the advisability of rendezvousing satellites with space debris. Lambert?s Equation was used to establish a means of analysis to construct a constellation of debris removal satellites, which has a limit of delta-V injection by evaluating the amount of space debris that can be rendezvoused by a certain number of removal satellite. Consequently, we determine a constellation of up to 38 removal satellites for debris removal, where the number of space debris rendezvoused by a single removal satellite is not more than 25, removing up to 584 pieces of debris total. Even if we prepare 38 removal satellites in their respective orbits, it is impossible to remove all of the space debris. Although many removal satellites, over 100 for example, can remove most of the space debris, this method is economically disproportionate. However, we can also see the removal satellites are distributed nearly evenly. Accordingly, we propose a practical two-stage strategy. The first stage is to implement emergent debris removal with the 38 removal satellites. When we find a very high probability of collision between a working satellite and space debris, one of the removal satellites in the constellation previously constructed in orbit initiates a maneuver of emergent debris removal. The second stage is a long-term space debris removal strategy to suppress the increase of space debris derived from collisions among the pieces of space debris. The constellation analyzed in this paper, which consists of the first 38 removal satellites, can remove half of the over 1000 dangerous space debris among others, and then the constellation increases the number of the following removal satellites in steps. At any rate, an adequate orbital configuration and constellation form is very important for both space debris removal and economic efficiency. Though the size of constellation of debris removal satellites would be small originally, such a constellation of satellites should be one of the initial constellations of removal satellites to ensure the safety of the future orbital environment.     

中低轨道卫星星座间的激光链路

阐述在中低轨道卫星星座全球通讯网络中应用的激光星间链路与在中继星间应用的激光星间链路相比，所具有的明显的优势。同时给出了应用于小卫星上的小光学用户终端的基本组成，并指出了当前在中低轨道卫星星座激光星间链路研究中所应当进行的主要研究方面。     

高轨目标监视系统星座设计和探测效能分析

针对高轨目标编目与成像的应用需求,提出一种运行于亚同步轨道、兼具对同步带目标远距离探测编目和近距离成像侦察的高轨天基星座。根据同步带目标探测编目要求,推导和分析了星座的轨道部署和光学相机扫描方式对目标探测效能的影响,确定了顺行轨道的双星星座可行解更多,综合探测效能更高。设计了一种符合顺光观测约束的姿态导引律,结合可行解中选取一组解进行仿真,结果表明：在夏至和秋分两种工况下,采用顺行轨道的双星星座,可对轨道倾角不大于相机半视场的所有同步带目标进行无缝遍历,且每天的探测次数不小于4次,观测弧长不小于1分钟,与理论推导一致。     

一种提高导航卫星星座自主定轨精度的方法研究

针对近地导航卫星仅利用星间测距进行自主定轨时,因无法消除星座整体旋转误差而导致长期自主定轨精度不高的问题,提出了利用拉格朗日导航卫星星座与近地导航卫星星座联合仅利用星间测距进行自主定轨的方法。建立了拉格朗日轨道导航卫星星座和近地导航卫星星座联合仅利用星间测距进行自主定轨的动力学模型和观测模型。利用扩展Kalman滤波（EKF）算法和星间测距信息实现了拉格朗日轨道导航星座与近地导航星座的长期自主定轨。以4颗拉格朗日卫星组成的导航星座与12颗GPS卫星组成的近地导航星座作为仿真对象进行了仿真分析,仿真结果表明本文仅利用星间测距的联合自主定轨方法可以有效提高导航卫星星座的长期自主定轨精度。
     

国外空间环境试验与探测技术现状与发展趋势

文章分析了与航天器飞行有关的4类空间环境的特点;介绍了国外空间环境试验技术的现状与发展概况。文章还重点分析了未来空间环境探测的发展趋势:加强了对空间环境动态变化的探测;将星座探测摆在重要地位;以地球轨道卫星为发展的主流;利用卫星加大对空间环境探测的力度;加强国际合作。国外空间环境探测的经验表明,我国应重视发展地球轨道探测卫星,尽快提高卫星有效载荷的水平。     

32颗GPS卫星星座空间覆盖特性建模与仿真

GPS卫星要准确完成定位功能可见卫星数应不少于4颗.通过建立针对低轨、中高轨和大椭圆轨道目标卫星的GPS信号空间几何覆盖模型,利用Matlab计算针对低轨、中高轨和大椭圆轨道的可见卫星数,对目前美国32颗GPS卫星星座的空间覆盖特性进行仿真.仿真结果显示,32颗GPS卫星星座不仅可以对低轨目标实现全轨道覆盖,而且对中高轨和大椭圆轨道也有所覆盖,大大扩展了24颗GPS卫星星座的空间应用.