低轨区域电磁频谱监视效能分析

空间监视卫星的作用在于完成对空间目标编目与监视管理，实现空间态势的感知能力和预判能力。文章通过仿真分析,明确了低轨空间监视卫星在不同监视距离、不同天线指向情况下对空间电磁目标的频谱监视效能。结果表明，当监测距离为500km、三星组网的形式下，空间监视卫星可实现对轨道高度600～1200km空间目标100%的监视效率。     

地球同步轨道区域电磁频谱监视效能分析

地球同步轨道区域电磁频谱的监视效能进行了分析和仿真。首先针对目标卫星主瓣,进行了频谱监视的目标覆盖率与监视概率分析,结果表明通过主瓣方式实现频谱监视的可行性较差;进而提出基于目标卫星副瓣进行频谱监视的方法。理论分析得到了实现同步轨道目标卫星全覆盖的轨道高度差、监视角及监视距离之间的关系;最后以实际在轨的同步轨道卫星作为目标样本库,进行目标覆盖率仿真分析,结果验证了基于目标卫星副瓣进行地球同步轨道区域电磁频谱监视是可行的。     

空间监视卫星对特定LEO目标观测的姿态优化

针对受相机视场和转台范围的限制,空间监视卫星可能无法对特定重要LEO目标进行有效观测的问题,提出在接近前根据卫星和目标的相对位置对卫星姿态进行预先调整的方法。通过分析卫星与目标接近期间的方位角和高低角变化情况,得到可用的卫星姿态调整角。用Powell方法以可观测时长为指标对姿态调整角进行了优化,并给出了优化初值的确定方法。仿真结果表明姿态优化能有效提高卫星对目标的可观测时长,方便确定卫星姿态调整角,提高观测能力。     

区域覆盖混合星座设计

针对我国邻海海上运动目标探测的需求,提出一种由多种类型卫星构成的区域覆盖混合星座系统方案。选择了合适的轨道类型,利用轨道动力学特性保持不同高度卫星构成的星座的构形;提出了星座配置方案,确定了不同类型卫星的协同工作方式和顺序等;在此基础上给出了轨道设计方法。最后设计了一个由海洋监视卫星簇、光学成像卫星和SAR卫星组成的星座。仿真表明,该星座能够实现预定的设计目标,保持一定的空间和时间关系对给定地区进行一定时间间隔的重访。     

空间目标多星多角度实时近距离三维详查研究

针对现有观测卫星近距离观测研究较少关注详查等任务特性的现状,设计分析了可实时、全覆盖、近距离观测空间目标的卫星编队构型。综合考虑绕飞相对轨道运动、传感器视场参数、旋转目标坐标转换等因素,简化了空间目标模型,将其表面进行网格离散。分析了各网格被单颗观测卫星观测的情况,统计详查覆盖率、详查最短时间,分析不同绕飞距离对任务特性的影响;设计卫星观测光轴转动策略和多星编队协同观测策略,通过数值算例分析不同策略对卫星近距离观测任务的影响。结果表明:所设计的绕飞编队观测构型可满足实时、全覆盖观测空间目标的要求,可应用于绕飞监测、协同操作等近距离空间在轨操作任务。     

地球同步带SBV监视系统误差分析与观测数据仿真

以天基可见光(Space-Based Visible,SBV)传感器监视地球同步带为背景,分析了影响SBV传感器观测数据的各项误差源,给出了监视卫星星历误差和监视卫星与监视目标时间同步误差对SBV传感器观测数据误差预算的计算方法。在对各项误差进行仿真模拟的基础上,设计了SBV传感器观测数据仿真结构与流程,并定量分析了各项误差对SBV传感器观测数据的影响。     

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.     

红外低轨星座凝视传感器的空间覆盖性能分析

针对探测冷背景条件下的空间目标的红外低轨系统,分析了红外低轨星座中凝视传感器对空间目标的探测特点,建立了红外凝视传感器的几何观测模型,考虑其探测距离和范围的约束,提出了一种红外凝视传感器对空间区域的覆盖判定方法,并给了一组表征星座凝视传感器对空间区域覆盖性能的指标。基于点覆盖数值仿真方法,得到了典型红外低轨星座凝视传感器的多重覆盖空间高度分层分布、纬度带多重几何覆盖分布以及立体空间区域多重覆盖高度分布等方面的性能特征,可以体现星座对空间立体区域覆盖的差异性。仿真结果表明了覆盖判别方法和空间覆盖性能指标的有效性,结论可为红外低轨星座设计及其空间应用设计提供一定的参考依据。     

试验设计在对地观测卫星系统顶层设计中的应用研究

针对对地观测卫星系统顶层设计中存在的仿真耗时、设计空间大以及非线性约束的特点,在其优化的不同阶段构建了试验设计的应用框架：优化初期采用正交设计方法确定系统的关键性能参数,中期采用均匀设计或拉丁方设计生成仿真方案并依此进行数值仿真,后期通过稳健设计考虑系统的噪声因素,保证最终方案的鲁棒性。该框架可以缩小对地观测卫星系统的仿真规模、缩短仿真时间、提高优化效率,保证解的质量,最后通过一个实例对优化框架的效果进行了验证。     

应用禁忌遗传算法的空间目标协同监视资源调度方法

针对空间态势感知领域的空间目标协同监视问题,提出应用禁忌遗传算法的空间目标协同监视资源调度方法。按照资源调度系统的调度能力、目标容量、响应时间等需求,对协同监视的4种任务模式、目标函数、问题建模、求解算法进行具体分析。仿真结果表明:该方法可支持20颗卫星调度、监视跟踪目标容量1000个,在优化求解速度、精度等方面具有明显优势,可应用于我国空间目标协同监视集成管理系统。     

Design of satellite constellations with continuous coverage on elliptic orbits of <Emphasis Type="Italic">Molniya</Emphasis> type

New methods of choosing the structures of satellite constellations (SC) on elliptical orbits of the Molniya type are presented. The methods, using critical inclination and putting the orbit apogee in the Earth’s hemisphere with an area of continuous coverage, are based on geometrical analysis of two-dimensional representation of the coverage conditions and SC motion in the space of inertial longitude of the orbit ascending node and time. The coverage conditions are represented in the form of a certain region. Dynamics of all satellites in this space is represented by uniform motion along a straight line approximately parallel to the ordinate axis, while the satellite system forms a grid. The problem of choosing a minimal (as far as the number of satellites is concerned) SC configuration can be formulated as a search for the most sparse grid. The contemporary advanced methods of computational geometry serve as an algorithmic basis for the problem solution. Design of SC for continuous coverage of latitude belts with the use of kinematically regular systems is considered. A method of analyzing single-track systems for continuous coverage of arbitrary geographic regions is described, which makes a region at any time instant observable by at least one satellite of the system. As an example, SC on elliptical orbits are considered with periods of ～4, 12, and 24 hours.     

低轨卫星编队飞行的地面覆盖及轨道调整

通过施加冲量的方法消除J2项摄动和大气阻力摄动对编队飞行的影响,在编队的相对构型和整体绝对位置得到控制后,研究了低轨卫星编队飞行的地面覆盖问题,最后通过算例给出了卫星编队在南北纬86°之间全球覆盖所需的时间、周期、圈数和覆盖角。计算结果表明,对于偏心率较小的低轨编队飞行,根据本文所推导公式计算出的结果是比较可靠的。     

一种基于球面剖分的星座性能分析方法

在卫星星座优化设计与性能分析过程中,根据球面Delaunay三角网和Voronoi图的特性,首先研究了任意状态下星座空间几何构形划分方法,定义了卫星所属覆盖区域。然后,通过分析卫星星座和地面目标区域之间的几何关系,提出了星座对任意类型地面目标的最小观测仰角和平均观测仰角的确定性计算方法。在此基础上,分析了基于星座空间几何构形划分的卫星系统网络的时变特性,提出了星间通信链路快速建立方法。最后,以铱星系统为例,分析了该系统的对地覆盖能力和星间链路通信能力。实验结果表明该方法不仅可以准确、快速的评估卫星系统应用效能,同时能够为星座优化设计人员提供必要的决策支持。     

卫星快速绕飞轨迹设计与制导

快速绕飞在航天器近距离观测、空间目标识别与侦察、在轨服务与应急情况处理活动中具有重要应用。首先建立了适用于目标航天器运行在圆轨道或椭圆轨道的相对运动状态转移矩阵;然后,推导了采用多脉冲控制方法实现与目标航天器共面和异面快速绕飞、进入绕飞和退出绕飞的轨迹设计与制导的模型和算法;最后,分析了绕飞过程速度脉冲需求与绕飞参数的关系。仿真计算结果表明所提出的快速绕飞轨迹设计模型和制导算法可以用于对圆轨道或椭圆轨道目标航天器的共面或异面快速绕飞。     

基于空间目标特性的无缝搜索技术研究

为了解决常规雷达搜索屏拦截空间目标概率不高的问题,利用空间目标过境具有周期性的特征,提出一种高拦截率的无缝搜索方法。当搜索屏经度覆盖范围大于等于目标重访经度差时,目标过境将至少被搜索屏拦截1次。利用这个特征,通过优化相控阵雷达法线仰角和搜索波位的驻留时间改变搜索屏的空间和能量分布,使各个轨道高度处的搜索经度覆盖范围等于目标的重访经度差,从而在最小时间资源开销的条件下实现了空间目标高概率拦截搜索。仿真结果表明,在时间资源开销相同的条件下,提出的无缝搜索方法与常规搜索方法相比,可将空间目标平均拦截率由90.93%提升至99.94%。研究对于提升空间目标监视雷达搜索效率具有较高的应用价值。     

GEO光学遥感卫星阳光入侵规避方法

地球静止轨道(GEO)光学遥感卫星的相机每天午夜时分存在阳光入侵问题,致使相机焦面存在潜在损伤,严重时将影响卫星的使用寿命。文章调研了国内外GEO光学遥感卫星针对此问题的解决方式,在综合考虑相机、电能、机动、热控、测控等各项影响因素之后,提出了一种应用约束规避算法的阳光入侵规避方法,首先将卫星设计的工程约束条件转换为空间几何约束条件,通过将明确约束参数后的算法引入卫星姿态控制器来调整卫星姿态指向,避免阳光入侵相机内部。典型工况的仿真分析结果表明:在规避过程中,相机光轴矢量与阳光入射矢量夹角满足约束条件,此方法有效,可满足卫星在轨应用。     

一种绕飞编队卫星星间链路系统的总体设计方法

为了建立高精度相对定位编队卫星的星间链路,提出了一种基于GPS的绕飞编队卫星星间链路系统设计方法。针对我国首次以InSAR为背景的任务,以某绕飞编队星座星间链路系统总体方案为例,利用STK/MATLAB分析软件,对天线覆盖区与组阵进行了仿真分析,并根据分析结果做了系统优化,包括星间轨道构型、天线设计组阵图、天线安装位置、链路预算、星间通信措施设计分析以及电磁兼容性分析等。结果表明:基于GPS的编队卫星能够从系统角度优化设计建立星间链路,从而完成编队跟飞、绕飞期间的星间通信与测量任务,为卫星建立星座构型、相对定位测量提供了可靠、稳定的传输通道。该设计方法可为同类卫星或其他类型卫星星间链路系统设计提供参考。     

具有星间链路的星座相位设计

通过分析星座空间构形的变化规律，综合考虑星座空间构形对地面覆盖特性、星间链路、空间测量精度以及工作性能的影响，利用改进的层次分析法对星座相位进行优化设计。通过对全球覆盖星座进行仿真，验证了方法的可行性。