国外天基空间目标监视系统发展综述

梳理了美国天基空间目标监视系统发展历史及现状,通过美国发射的典型技术试验卫星和空间监视装备总结出抵近详查卫星、广域监视卫星、子母卫星3个天基空间监视系统发展的方向。详细介绍了典型空间目标监视系统：天基空间目标监视系统(SBSS)、地球同步轨道空间态势感知计划(GSSAP)、空间增强型同步轨道实验平台卫星(EAGLE)、快速在轨空间技术和评估环(ROOSTER)。阐述了4种先进空间监视系统的基本信息、任务需求及技术指标。在此基础上,根据美国天基空间目标监视系统技术特点及发展方向,结合国内情况,提出了相关建议。     

美国空间攻防体系发展与能力研究

介绍了美国在空间态势感知、空间攻击和空间防御3个领域的空间攻防发展情况,其中包括天基监视系统(SBSS)、地球同步轨道空间态势感知计划(GSSAP)、轨道快车(Orbit Express)、地球静止轨道卫星机器人服务项目(RSGS)等重点装备。在此基础上,对美国空间攻防体系的发展思路与能力进行分析,得到如下结论:空间态势感知是空间攻防的核心与关键,通过天地一体化的发展思路获取全空间高精度实时态势感知信息;在空间攻击方面,采用感知/攻击一体化的发展策略,实现最佳费效比;在空间防御方面,全面推进可重组模块化及高弹性卫星载荷研制,同时大力发展在轨修复与操作技术,以实现受损卫星快速恢复的能力。     

天基光学空间监视指向策略研究

针对如何提高天基光学监视对GEO目标的观测效率,开展了天基光学监视指向策略的研究.首先,对比分析了适合GEO带观测的几种天基光学监视轨道,并选择太阳同步晨昏轨道作为天基光学GEO目标观测轨道;其次,为充分利用光照条件并避免地影对GEO观测造成影响,分析了影响最佳指向角的2个因素——太阳矢量、轨道面法线矢量在地心惯性坐标...     

基于GEO带观测的天基光学监视系统设计

基于重访周期对GEO带观测的天基光学空间监视系统进行了设计.首先,在建立重访周期与轨道高度、扫描带宽度关系的基础上,对监视卫星轨道进行了设计;其次,为延长对GEO带的观测时间,通过调整相机指向使其垂直于卫星轨道面,并与卫星本体+Y方向一致,对相机指向进行了设计;最后,基于GEO目标观测时效性要求,对天基光学监视星座进行了设计.仿真结果表明,在自然交会观测模式下,本文设计的监视系统单星4天可实现对GEO带重访一次.与SBV相比,重访周期缩短了1天,4颗卫星组成的天基监视星座每天能够对GEO带重访一次.     

天基激光对GEO卫星的毁伤效能分析与启示

为分析天基高能激光对地球同步轨道（geosynchronous orbit, GEO）卫星的威胁，为高价值GEO卫星的防护设计提供参考，根据机动战术激光武器的技术发展情况，采用理论分析和数值计算的方法对天基高能激光的毁伤效能进行了评估。结果表明，10 kW级天基战术激光武器对卫星造成硬毁伤的距离可达50 km以上，卫星的易损部件依次为星表热控材料、太阳电池阵、碳纤维复合材料结构件和光学敏感器。根据分析结果得出的启示有:1）天基激光武器对GEO卫星的威胁是现实的；2）卫星激光防护应围绕薄弱环节开展以获取最佳效费比；3）应从单机、分系统、系统层面综合采取措施以提高系统鲁棒性；4）应采取主被动防护相结合的方式提高综合防护效能。     

基于天基测控的同步轨道卫星联合定轨方法研究

以美国现行的天基光学传感器SBV为例,分析了天基测控环境下光学传感器对同步轨道目标的覆盖特性,并构建了天基测控的观测模型。针对天基卫星星历误差对同步轨道目标定轨精度的影响,提出了抑制天基卫星星历误差的天地基联合定轨方法,将天基卫星和同步轨道卫星都作为待估计状态量,同时解算天基卫星和同步卫星轨道。仿真实验表明,天地基联合定轨方法能有效抑制天基星历误差的影响,能同时提高天基卫星和同步卫星的定轨精度。
     

空间目标轨道信息软件平台的建设

空间目标轨道信息是空间态势感知的重要要素,是空间碰撞预警、空间碎片环境模型和许多空间应用的基础。因而,空间目标轨道确定成为空间态势感知的主要任务之一。文章介绍武汉大学测绘学院正在开发建设的空间目标轨道信息服务软件平台,该平台拥有的主要功能有:利用多源数据的卫星/空间碎片轨道确定(包括初轨确定)与预报、大气质量密度模型精化、空间碰撞预警和半解析法快速精密轨道传播等。文章还针对软件平台功能的研究进展进行了综述,介绍了软件平台发展规划。     

低轨星载光学测量确定静止卫星轨道的方法

为了研究低地球轨道(LEO)卫星对地球静止轨道(GEO)卫星的跟踪定轨能力,文章提出利用LEO星载光学测量技术对GEO卫星进行轨道确定.文章充分考虑光学可视条件与星载相机的观测区域,对LEO卫星跟踪GEO卫星的空间环境以及测量模式进行模拟.利用模拟得到的测角数据采用数值方法对GEO卫星进行定轨并与参考轨道进行重叠对比....     

美国五角大楼调整天基红外探测系统

路透社2005年12月13日报道,美国国防已经决定继续执行天基红外探测系统(SBIRS)计划,但调整后,将减少两颗GEO卫星。天基红外探测系统计划超出预算近11%,目前的成本预计达到106亿美元。而该计划最初预计成本为30~40亿美元。天基红外探测系统计划“对国家安全至关重要”,而且目前没有更廉价的替代方案,最新成本评估是合理的。按照调整后的SBIRS计划,研制阶段包括两颗地球同步轨道卫星(GEO)、两个搭载在大椭圆轨道卫星(HEO)的有效载荷以及相关的地面系统。研制阶段结束后,在确认GEO卫星性能的情况下,将再采购1颗GEO而不是原计划的3颗…     

星上智能信息处理技术发展趋势分析与若干思考

星上智能信息处理的主要任务是接收天基探测载荷数据,并在星上完成数据压缩、复杂海空环境下高价值目标的发现、识别与跟踪等工作,达到降低下传数据率、支持天基广域探测与全自主即时态势感知等目的.文章回顾了美国、德国等航天强国光学卫星的星上信息处理技术的发展现状,梳理总结了该技术的发展思路与关键指标.在此基础上,结合星上信息处理...     

美国将发射首颗“天基红外系统－地球静止轨道”卫星

据美国全球安全网2011年2月16日报道，由美国空军和洛马公司领导的“天基红外系统”（SBIRS）团队已经完成了首颗地球静止轨道卫星（GEO－1）的最后组装工作，以及卫星的最后工厂置信度试验，为运至发射场作准备。SBIRSGEO－1卫星将在2011年5月发射，载有非常精密的扫描与监视遥感器，能为美国提供更高的导弹预警能力，同时支持其他关键任务，如导弹防御、技术情报和战场空间感知。     

“凤凰”计划关键技术及其启示

为了充分利用地球静止轨道(GEO)的轨道资源,美国于2012年启动了针对GEO卫星的重复利用验证计划——"凤凰"计划。文章介绍了"凤凰"计划的概况,重点对其系统组成、任务等方面进行了介绍,归纳了其中的关键技术,如模块卫星总体设计技术、无线能源传输技术和新型在轨捕获技术等。最后,给出了美国发展在轨服务的若干启示:卫星重用将带来航天器发展的重大变革,注重创新技术开发等。     

天基空间监视交会计算和可观测时段预报的误差分析

将卫星和目标的轨道预报误差引入天基空间目标监视的任务规划中,研究了交会计算和可观测时段预报的误差分析方法。在协方差转换基本方法和交会信息计算公式的基础上,推导了从RSW轨道坐标系到RAE参数（距离、方位角、俯仰角）的协方差转换方法。对LEO和GEO目标观测分别引入相对速度和角距变化率,给出了可观测时段误差的分析方法。算例表明本文的计算结果与Monte-Carlo仿真结果相对误差不大于4%,典型轨道误差下LEO和GEO目标的可观测时段误差分别为0.2秒和3秒量级。该方法对任务规划和姿态及相机导引具有指导意义,还可用于分析成功观测对轨道预报精度的需求。     

基于单基线干涉测量的GEO卫星轨道测定与验证

干涉测量具有被动式测量特点,对空间非合作目标轨道监测具有天然优势。利用5.5公里基线干涉测量系统,针对GEO卫星开展了差分干涉测量实验。引入群时延辅助的相时延处理技术,GEO卫星干涉测量噪声约9.4ps。基于"2小时标校-13小时跟踪-2小时标校"的长时差分观测模式,GEO卫星干涉测量误差约0.267ns,定轨解算星历与精密星历最大径向偏差为35.7公里。结果表明,单基线干涉测量可以收敛解算GEO卫星轨道,实现较高精度的GEO卫星轨道被动式监测。     

490N发动机高精度推力矢量保证方法

针对地球静止轨道(GEO)卫星490 N发动机推力矢量在卫星转移轨道无法通过卫星质心,对卫星姿态产生干扰,进而引发卫星推进剂的多余消耗,使得卫星在轨寿命减少的问题,文章提出了一种490 N发动机高精度推力矢量保证方法,分析了影响高精度推力矢量的各种因素,并从力学安装环境、低变形支架和地面安装调整3个方面进行了设计保证,经风云四号(FY-4)卫星工程研制和飞行验证,转移轨道段推进剂消耗量小于设计值,结果表明:该保证方法可行有效,可为后续GEO卫星的总体设计和研制提供参考。     

地球静止轨道在轨服务技术研究现状与发展趋势

地球静止轨道(GEO)是人类仅有的一条独特卫星轨道,是极其珍贵的轨道资源。首先分 析了GEO环境现状和未来趋势,然后从“GEO轨道保护”和“GEO卫星在轨维护”两方面论述 了GEO在轨服务技术的内涵、服务机会和效益,介绍了世界各国GEO在轨服务技术的主要研究 进展,归纳了其中的关键技术。最后,对未来的发展趋势进行了展望。
     

GEO遥感卫星在舰船目标检测跟踪中的应用分析

针对地球静止轨道(GEO)遥感卫星大范围持续观测的特点,文章结合舰船目标检测跟踪应用中的实际需求,利用高分四号卫星对舰船目标检测跟踪的应用模式进行探索研究,识别了目前常规应用流程中存在的各环节独立、处理时延大、检测跟踪难等问题。从提升需求响应时效性,融入实际保障流程出发,立足现有技术发展水平,考虑任务筹划、数据处理、检测跟踪几方面要素,对应用流程进行了优化设计,并通过实际案例开展了应用验证。验证结果表明:舰船目标检测跟踪应用时延缩减到分钟级,同时在无云层遮挡情况下,可对检测目标实施连续的跟踪监视,获取舰船目标位置、运动轨迹等信息。在此基础上,对未来静止轨道遥感卫星在舰船目标检测跟踪中的发展应用前景进行了展望。     

GEO及NGSO卫星通信系统融合应用研究

针对航空、航海、空间中继等与日俱增的通信需求,综合考虑地球静止轨道(GEO)卫星和非地球同步轨道(NGSO)星座的独特通信性能优势,文章提出GEO及NGSO卫星通信系统融合应用架构,并对融合过程中需要突破的共型终端、协同组网、移动性切换等关键技术进行分析,给出基于软件定义广域网(SD-WAN)的多轨道卫星协同组网、基于地理位置/负载/剩余时间的移动切换机制、波形动态可重构终端等解决方法,最后提出新系统架构下的应用场景设想,可为GEO及NGSO卫星系统融合发展建设提供参考。     

美国计划发射地球同步轨道目标巡视卫星

美国空军航天司令部司令谢尔顿2014年2月21日披露,美军计划2014年底发射3颗地球同步轨道巡视卫星,执行空间态势感知任务,其中包括2颗“地球同步空间态势感知”（G-SAP）卫星和1颗“局部空间的自主导航与制导试验”（ANGELS）卫星。     

GEO电推进卫星轨道漂移策略研究

为满足GEO卫星定点位置调整的需求,利用电推力器在GEO上的控制方法,以轨道倾角、漂移经度和漂移率为目标,提出了一套结合南北位置保持的GEO卫星电推进轨道漂移策略。通过分析电推进平台在进行位置保持时的电推力器控制方法,设计电推力器点火策略,得出了漂移阶段推力器点火时刻及时长的计算方法,并分析出漂移各个阶段时间的估算公式。利用龙格库塔法对该策略进行了数值仿真验证,结果表明:文章中提出的电推进平台轨道漂移策略能够在无须姿态大幅调整并不增加额外燃料消耗的基础上完成对目标经度的轨道转移,满足漂移任务要求,并保证轨道倾角在漂移过程中稳定在0.01°以内。