中国海洋一号卫星脱离准冻结轨道的分析

中国海洋一号卫星于2002年5月15日发射成功，而后通过地面控制，卫星轨道高度从870km降至790km左右，并符合准冻结轨道特性。同年11月6日因星上姿控计算机复位，造成姿态翻转。由于姿态翻转，以及恢复对地姿态的控制使卫星脱离运行的准冻结轨道。本文结合中国海洋一号卫星轨道变化情况，从理论上验证了卫星变轨后的运行处于准冻结轨道，并分析了该轨道的稳定性及脱离准冻结轨道的原因。     

卫星反作用控制推进系统推进剂的发展

卫星反作用控制推进系统的作用是调整卫星的最初轨道参数,控制卫星的轨道速度及轨道倾角和卫星在静止轨道上的工作姿态。这种推进系统的总冲量和工作期限还能决定卫星的有效载荷、通信容量和运行寿命。     

卫星GPS组合姿态确定系统方案研究

采用ＧＰＳ定姿技术作为卫星高精度自主姿态确定系统的备份，可以提高系统可靠性。在小型和微小卫星上采用ＧＰＳ定姿技术，保证在满足重量、功耗和其它技术指标的条件下，姿态和轨道控制系统全面满足任务要求。本方案为探索当今姿态和轨道控制系统基本型的研究迈出了一步。     

大椭圆轨道挠性卫星姿态快速机动控制研究

对具挠性附件的大椭圆轨道卫星快速姿态机动控制进行了研究。针对此类卫星的非线性姿态动力学特点,用非线性矩阵二阶系统形式建立了卫星刚体与柔性结构模态耦合的动力学模型,用反馈非线性化将其转换为一类多胞线性参变系统。针对该系统设计线性状态反馈控制律实现区域极点配置,将相应控制律参数的求解转换为线性矩阵不等式约束下的凸优化问题。仿真结果表明:所提控制方法可同时实现挠性卫星的快速机动控制和挠性振动的有效抑制,能满足大椭圆轨道运行的挠性卫星完成不同观测区域切换的姿态控制任务。研究为大椭圆轨道挠性卫星的小角度快速机动控制提供了理论支撑。     

基于重力梯度杆和磁铁的小卫星三轴姿态控制

运用卫星低轨道两个主要环境力矩（重力梯度矩和地磁力矩）对圆轨道卫星三轴姿态进行被动控制。利用重力梯度矩实现卫星对地指向：卫星上的永久磁铁获取所需的地磁力矩,稳定偏航姿态。给出卫星的姿态分析,并给出仿真结果。从分析和仿真结果可以看出,此卫星具有结构简单、时刻对地定向、低轨道倾角时卫星姿态稳定精度较高的优点。     

地球同步卫星实时姿态确定系统的微型机实现

本文简要地介绍了采用微型计算机 Cromemco 系统Ⅲ实现地球同步卫星实时姿态确定软件系统(RTAD)的基本程序结构、方法及原理。RTAD充分考虑了微型计算机的特点,采取了一系列程序技术、数值方法和分析手段,保证在微型机上运行的RTAD能在实时环境下,对卫星在转移轨道和同步轨道的姿态作出高精度的估计。     

Halo轨道维持的线性周期控制策略

共线型平动点附近的Halo轨道具有指数不稳定性,轨道维持是必不可少的。推导了基于Halo轨道的误差动力学方程,并证明其一阶近似即为线性周期系统。以一次维持的作用时间为离散步长,并通过定常变换,将所得误差动力学化为线性离散定常系统;则仅需通过极点配置,即可实现Halo轨道镇定。研究结果表明,利用Halo轨道周期性设计的线性周期控制策略,可以满足轨道维持任务的需要。     

基于姿态敏感器的地球同步轨道卫星自主导航研究

本文提出了一种基于姿态敏感器的地球同步轨道卫星自主导航方法,作为解决未来高轨道卫星自主运行的先决条件。在整个系统中,以包含摄动项的HILL 方程作为状态方程,根据由姿态敏感器给出的卫星本体相对于地球和另外两个空间天体的方位,推导出测量方程,进而用简化的推广 Kalman 滤波算法进行状态估计。仿真表明,该方法收敛速度快,精度较高,是一种可行的地球同步轨道卫星自主导航方法。     

低轨小椭圆轨道S频段SAR卫星姿态导引方法研究

国内外针对S频段SAR卫星姿态导引研究较少,在考虑轨道偏心率和系统天线指向误差情况下尚无明确的导引策略。基于合成孔径雷达（SAR）成像模型及椭圆轨道动力学理论,引入椭圆轨道的径向速度和法向速度分量,推导得到了椭圆轨道任意位置上多普勒中心频率的新的数学表达及分量分解。提出了面向低轨小偏心率轨道S频段合成孔径雷达（SAR）卫星的偏航导引、二维姿态导引方法以及采取不同轨道模型时的简化实现,分析得到了不同补偿方法的补偿效果以及天线指向精度对补偿效果的影响。根据仿真结果,结合卫星工程实现和地面成像处理难度,提出了以偏航导引为主,二维导引为辅的姿态导引策略,对低轨小椭圆轨道S频段SAR卫星姿态导引设计具有指导意义。     

地球同步自旋稳定卫星的姿态确定方法及其微机实现

本文系作者根据航天部中国空间技术研究院和意大利国家研究委员会联合研究“卫星飞行动力学系统”课题的协议与意大利有关专家共同在微机上完成的自旋稳定地球同步卫星姿态确定的研究工作。文中提出了适用于不同轨道几何条件的六种确定性姿态确定模型。首先用批量最小二乘法统计确定卫星姿态,估计出系统误差,然后从实际量测中消去所估计出的系统误差,最后用修正过的数据按确定性姿态确定方法定出卫星姿态。文中给出了姿态确定方法的微机实现程序。仿真结果证明,本方法与大型机IBM 3081上取得的结果完全相同。     

基于鲁棒控制方法的卫星姿态控制

针对卫星姿态控制系统 ,建立了简化的线性数学模型 ,利用鲁棒控制方法设计了卫星姿态控制律 ,由于在设计中考虑了建模过程中的简化而带来的不确定性 ,因而基于线性模型所设计的控制律能够应用于非线性卫星姿态系统的控制     

三轴轮控小卫星大角度机动变结构控制研究

小卫星的三轴轮控姿态控制系统是具有耦合的非线性系统, 本文设计了一种解耦变结构控制律, 直接针对四个四元数变量设计滑态方程, 并进行了大角度机动仿真。结果表明: 此方法控制精度高, 不会产生奇异问题, 具有良好的鲁棒性, 且易于实现     

挠性卫星大角度机动变结构控制的全物理仿真实验研究

以具有大面积太阳帆板的卫星大角度机动为背景，针对常用的“飞轮－喷气”执行机械模式研究了变结构控制方案，考虑了控制精度和喷气消耗量问题，并成功地进行了国内首次挠性卫星大角度机动控制的全物理仿真实验，取得了显著的效果。     

外层空间导弹非线性渐近稳定姿态控制律设计

首先将外层空间导弹姿态控制系统非线性模型的六个状态变量分别进行线性变换及非线性变换, 然后采用非线性状态反馈方法将原非线性系统变换为一渐近稳定的线性系统, 得到了相应的非线性姿态控制律。最后通过仿真证明了本控制方法的有效性     

组合导航系统初始对准的稳定性分析及其控制

针对INS/GPS组合导航系统的初始对准问题 ,对该组合系统的稳定性进行了理论分析和仿真研究。理论分析表明 ,该系统是稳定的 ;仿真结果说明 ,载体在外部周期激励作用下 ,如系统采样频率选择不当 ,状态变量的估计结果也出现周期性的振荡 ;如果是外部随机脉冲激励 ,状态变量的估计结果则呈现随机性。对于外部周期激励 ,采用改变采样频率或适当的线性状态反馈 ,可以较好的避免状态变量估计结果的振荡 ,满足对估计结果的精度要求。     

一种基于误差四元数的飞行器姿态跟踪系统的滑模控制器

对于参数不确定和外部扰动的空间飞行器姿态跟踪系统，本文提出了采用滑模控制的方法。利用误差四元数建立数学模型，选择了一类线性滑动流形，并且基于李雅普诺夫函数推导出滑模控制律。理论分析及仿真结果表明，本文所求控制律对空间飞行器跟踪系统具有全局稳定性和鲁棒性。     

挠性航天器大角度机动的全系数自适应控制

本文研究全系数自适应控制方法在挠性航天器大角度机动控制中的应用，针对中心刚体带挠性板的航天器，设计了包括黄金分割控制、逻辑微分控制和逻辑积分控制的全系数自适应控制方案，并进行了挠性结构卫星单轴气浮台全物理仿真实验。实验结果表明，所设计的控制方案具有机动速度快、超调小，在机动过程中能抑制挠性板振动等优点。     

卫星正常模式姿态确定算法研究

针对太阳同步极轨卫星进行了正常模式姿态确定算法研究 ,采用四元数法建立了较完整和准确的姿态估计器模型 ,并进行了可观测性及观测度的分析。通过数学仿真证明此姿态确定算法能够对星体姿态进行较精确的估计或校正 ,满足卫星控制精度要求     

星载实时微内核操作系统的CPU调度

现代小卫星的重要特点之一是要实现卫星的自主运行。作为其控制核心的星载自主计算机操作系统的性能至关重要。当今 操作系统的发展趋势是采用微内核体系结构。它具有微型化，模块化，可移植性可扩充性等优点。ＣＰＵ调度是影响操作系统性能的关键因素。当前的微内核操作系统基本上只提供几种简单的调度策略，如ＦＩＦＯ，循环反馈等。这些都难以满足卫星系统在特定的时间内对外界作出响应的实时要求。为此，本文设计了一个新的ＣＰ     

Fractional order tension control for stable and fast tethered satellite retrieval

The retrieval of a tethered satellite system is intrinsically unstable. This paper develops a new control strategy to retrieve the tethered satellite system stably and quickly using the fractional order control theory. The governing equation of the tethered satellite system and classic linear feedback tension control law were first reviewed and examined as a benchmark. Then, a new fractional order tension control law has been to avoid the tethered satellite winds around the main satellite near the end of retrieval by existing integer order tension control laws. The newly proposed control law has been discretized and implemented by the Laplace transform and Tustin operator. Unlike the existing integer order control laws, which are based on the feedback of current state and memoryless, the fractional order control law has the memory of previous states and thus controls the tether retrieval more smoothly while maintaining the retrieving speed. The effectiveness and advantage of the new fractional order tension control law is demonstrated numerically by comparing with its integer order counterpart. The results show that the new control law not only retrieves the subsatellite without winding around the main satellite, but also provides a better control performance with smaller in-plane libration angles.