基于相对轨道要素的航天器相对运动碰撞分析

采用基于相对轨道要素的方法,建立了计算碰撺概率的数学模型.在二体圆轨道条件下,推导验证了与基于Clohessy-wiltshire(C-W)方程的碰撞模型的等价关系,并解决了C-W方程存在的若干问题.在航天器近距离相对运动构型设计中提出了基于相对轨道要素的碰撞分析方法,突出了相对轨道要素在构型设计以及碰撞分析中的作用....     

小卫星编队飞行的相对运动学方程研究

以运动学方法为基础研究了编队卫星相对运动的一种更直接方法，利用不同天体力学特性，将相对位置和速度与相对轨道参数建立了联系，首先，详细推导了以运动学方法为基础的相对运动方程，据此可直接得出环绕卫星的轨道根数，其次，为有利于相对轨道分析和设计，对相对运动方程进行了简化，最后，通过例子验证了该方法的正确性，仿真结果表明该方法是有效可行的。     

参考系在目标器轨道的临近圆轨道最优脉冲交会研究

在目标器质心建立临近圆轨道参考系的前提条件下,从地心引力下的二体运动入手,推导了相对运动的线性方程,并得到最优交会的必条件;然后分四脉冲、三脉冲带漂移、三脉冲、二脉冲带漂移、二脉冲、奇异问题几种模式研究了最优交会问题的边界值求解问题和各模式之间的边界确定问题。     

航天器相对运动的运动学模型研究

采用运动学方法研究航天器的相对运动.通过对无摄精确相对运动模型的简化,推导了以纬度幅角和平近点角为变量的无摄相对运动方程,并以此模型为基础建立了J2摄动下的相对运动模型,进行了相对轨道的仿真以及模型分析.仿真结果表明,运动学方法能给出较精确的相对运动方程,并且考虑摄动时,采用运动学描述比较简单.     

编队飞行卫星轨道的初步设计研究

使用两体相对运动的Hill方程进行小卫星编队飞行队形的初步设计，给出了编队飞行中各绕飞小卫星的轨道要素确定过程。以空间圆形编队为例，在未考虑摄动的情况下，通过仿真验证了设计的有效性。     

远距离逆行轨道上的近距离自然及受控编队

远距离逆行轨道（DROs）是地月空间中一族稳定的周期轨道，适用于地月空间站等长期任务。为维持任务的长期存在，交会对接及编队飞行等任务是必要的。因此有必要分析远距离逆行轨道上的近距离相对运动解，并进行编队设计。首先，基于Floquet理论得到了远距离逆行轨道上的近距离线性化相对运动的基础解集，并对其解进行了分类与分析。其次，以基础解集中的自然周期解为基础设计了伴飞编队，并对其特性进行了全面分析。之后，针对圆形受控绕飞编队做了详细的分析，可用于指导后续受控编队的设计。最后，设计了两点之间的安全转移编队，可用于任意两点之间的转移，并保证转移过程中主星与副星之间具有足够的安全距离。     

卫星轨道误差的相关性

卫星的轨道误差是卫星测控中需加以约定的重要指标之一,其常用的表示方法主要有Kepler轨道根数形式和RTN投影形式。本文推导了RTN形式的卫星位置、速度误差与Kepler根数误差间的关系,给出了近圆轨道中RTN形式位置、速度误差间的定量关系,分析了RTN形式位置误差约束下Kepler根数误差的相关性,并分别给出了验证算例。该结果可用于分析确定卫星轨道误差指标,使其彼此匹配。     

基于加权最小二乘法的椭圆轨道编队飞行设计

提出了一种不依赖于相对运动描述的偏心率编队飞行设计方法。利用加权最小二乘法,根据事先所确定的理想相对运动轨迹,就能设计出与之最接近的相对运动轨道。这种方法适用于任意偏心率,并能很容易地加入各种摄动力的影响。仿真验证了其有效性。     

一种基于轨道要素形式终端约束的航天器空间变轨迭代制导算法

针对航天器空间变轨任务的制导问题,研究了一种适用的迭代制导算法。在传统迭代制导方法的基础上,直接在地心惯性系中建立最优控制模型,以推力方向矢量为控制量来适应大姿态角变化情形;推导直接以目标轨道要素为终端约束的边界条件,给出终端约束方程求解精度和入轨精度的关系;得到一种简单有效的基于轨道要素形式终端约束的航天器空间变轨迭代制导算法。通过仿真验证了所给制导算法的有效性,相比传统迭代制导方法其具有更强的适应性。     

近地卫星严格回归轨道保持控制

研究了近地卫星基于严格回归参考轨道的轨道保持控制方法：将卫星编队理论引入单星绝对轨道保持控制,提出了"虚拟卫星编队"的概念,分析了卫星轨道相对于参考空间轨迹在轨道摄动情况下的偏离状态及变化趋势,然后根据卫星编队相对运动学,推导出了偏离状态与虚拟卫星编队构形参数之间的对应关系,并设计了以轨道参数超调、偏置及阈值触发为特征的管道保持控制策略。数值仿真结果表明,使用该控制策略能够将卫星轨道保持在以空间参考轨迹为中心的轨道管道内,并且有效减少了因周期性轨道摄动波动造成的管道保持控制量和控制频次。研究成果对于有空间轨迹回归要求的卫星轨道保持控制具有指导意义。     

脉冲雷达凝视模式下低轨碎片相对运动特征分析

脉冲雷达凝视模式是一种探测低轨小碎片的重要方式,其中低轨碎片与雷达的径向运动关系是碎片统计分析的基础.为推算碎片相对雷达的运动特征,基于坐标系的相互转换,先利用雷达测站信息,得到可见碎片在地惯坐标系下的轨道信息;再逆向将目标不同时刻的位置转换至测站坐标系下,得到目标的径向运动特征.在不同要素（雷达波束指向、雷达仰角、测站纬度、目标距离）下,仿真及对比分析了各个参数对速度模糊度、雷达可见性等的影响,得出在凝视模式下目标相对雷达近似做径向匀加速运动,这为后续试验工作提供有力的依据.     

Elliptical formation control based on relative orbit elements

A new set of relative orbit elements（ROEs）is used to derive a new elliptical formation flying model.In-plane and out-of-plane motions can be completely decoupled,which benefts elliptical formation design.The inverse transformation of the state transition matrix is derived to study the relative orbit control strategy.Impulsive feedback control laws are developed for both in-plane and out-of-plane relative motions.Control of in-plane and out-of-plane relative motions can be completely decoupled using the ROE-based feedback control law.A tangential impulsive control method is proposed to study the relationship of fuel consumption and maneuvering positions.An optimal analytical along-track impulsive control strategy is then derived.Different typical orbit maneuvers,including formation establishment,reconfguration,long-distance maneuvers,and formation keeping,are taken as examples to demonstrate the performance of the proposed control laws.The effects of relative measurement errors are also considered to validate the high accuracy of the proposed control method.     

一种长期稳定的卫星编队队形优化设计方法

 对于卫星编队飞行设计长期稳定以节省控制燃料的队形是一项非常重要的工作，本文提出了一种队形长期稳定的优化设计方法。首先利用Hill方程设计出满足任务要求的相对位置和相对速度的约束关系，以剩下的自由相对位置或相对速度作为优化变量。优化目标选择为主从星在J2摄动下的各平均轨道根数相对漂移率最小。文中的优化算法采用改进的遗传算法，遗传算法作为一种通用的全局最优随机搜索算法，在解决一些复杂问题时它还存在着过早收敛和收敛速度慢的缺陷，针对此问题，本文提出一种改进的遗传算法。仿真结果表明利用这种优化设计方法设计的队形在各种摄动力下能够长期保持稳定。     

空间近程高速相对运动方程的状态转移矩阵

分析了空间近程高速相对运动的特点,建立了描述近程高速相对运动的线性微分方程组,并给出了状态转移矩阵与解析解。仿真结果表明:对于HEO-GEO近程高速相对运动,所建方程的相对距离计算误差仅为16 cm,不足Hill方程计算误差的15%。所给出的状态转移矩阵对于实现空间目标拦截等任务的实时高精度相对导航和制导算法具有一定的应用价值。     

通用卫星轨道的可视化向导式设计软件开发

通过研究太阳同步轨道、地球静止轨道、回归轨道、太阳同步回归轨道及冻结轨道的数学模型，开发了设计软件和人机交互界面，并通过与国际上最通用的卫星设计工具包stk的设计结果的比较及分析，验证了软件设计的正确性。最后从总体的角度介绍了本软件。     

轨道运动对高轨卫星成像的影响及补偿

针对三轴稳定静止轨道气象卫星图像运动补偿技术,分析了轨道运动误差源对有效载荷成像仪成像光轴的影响.基于轨道确定数据,采用空间成像矢量修正方法,对轨道运动引起的光轴偏离进行补偿.根据高分辨率成像对光轴高指向精度的指标要求,研究了轨道确定误差和有效载荷伺服控制系统误差对图像配准精度的影响关系,并指出了进一步提高图像配准精度的措施.仿真结果表明了补偿方法的可行性.     

低轨航天器长期轨道预报的初步研究

低轨航天器的长期管理和维护需要较高精度的长期轨道预报,影响长期预报精度最主要的因素来自低轨航天器所受的大气阻力摄动.借助平均大气密度模型,以340 km高度的低轨航天器为例,研究了低轨长期轨道预报问题.利用基于长弧段的逐天精密定轨,可以修正参考点的平均密度.根据目前积累的数据,通过引入太阳自转周期27 d和半年180 d这2个周期拟合平均密度序列,未来的平均密度可以预报到较高精度.目前的计算结果表明,在此基础上低轨航天器的长期轨道预报精度可以得到保证,在不同算例中表现基本稳定可靠.     

月地转移轨道精确轨道设计

以基于Lambert算法的快速轨道设计结果为初值,开展精确轨道设计研究.通过对月地返回飞行阶段的摄动项和量级分析,建立了月地转移轨道的动力学方程,提出了一种双向嵌套循环搜索算法,采用该算法求解同时满足两端约束条件的精确月地转移轨道.该算法以出月球影响球的时刻和位置、速度为中间变量,一方面采用前向数值积分和微分改正法搜索满足地球再入端的轨道,另一方面采用后向数值积分并进行倾角和近月距修正得到满足月球端的轨道,通过这种双向嵌套循环,使得两段轨道在月球影响球边界处的位置和速度连续,从而获得一条完整的满足两端约束条件的月地转移精确轨道.最后以2017年1月26日出月球影响球作为返回窗口,给出了具体的设计算例,并通过STK软件仿真验证了程序的设计结果.