太阳同步对日定向卫星的测控天线布局设计

对日定向姿态卫星在轨没有固定指向地球的一侧,若采用在卫星对天面和对地面反向对称各安装一副测控天线以实现准全向覆盖的传统布局设计,在测控弧段中地面站方位跨越测控天线组合方向图干涉区的过程中,测控链路极易受到该区域天线增益的剧烈波动而出现链路中断,从而对测控任务产生较大影响。太阳同步轨道具有轨道平面和太阳矢量保持相对固定夹角的特性,若运行于太阳同步轨道的卫星采用对日定向姿态,则可利用该轨道特性,结合我国地面站主要位于北半球的特点,通过优化测控天线在星上的布局,减少测控天线干涉区对测控链路的影响。通过仿真分析给出该设计的具体实现过程,并给出不同轨道高度和降交点地方时对应的测控天线推荐安装角度,可为运行在太阳同步轨道上的对日定向姿态卫星提供测控天线布局参考。     

月面巡视器定向天线对地指向规划方法研究

针对月面巡视器的工作特点,对其定向天线进行对地指向规划。文章给出了天线波束中心方向矢量和地面站方向矢量的计算方法,并通过调整天线机构转角和巡视器姿态角使天线波束中心指向地面站。一种方法是将巡视器的姿态角作为输入参数,仅调整定向天线2个自由度的转角,即偏航角和俯仰角,实现对地指向;同时巡视器的姿态角也可进行调整,即用巡视器的运动适当地代替天线机构的运动,使定向天线实现对地指向。地面试验结果表明本文的规划方法可行、有效。     

卫星偏流角的矢量计算方法研究

对一种近地圆轨道遥感卫星偏流角的矢量计算方法进行了研究。基于考虑地球自转时偏流角的定义和相关坐标系,将计算偏流角用的速度矢量分解为数个速度的矢量和,由坐标系转换关系,根据卫星地面物点定位信息确定其相对速度,推导出卫星本体坐标系中偏流角的计算公式。算法的基本运算无需求导,可有效避免求导过程中牵连速度计算,具有模型准确、计算简便、结果精确、物理意义清晰、排查错误容易等优点。在不同三轴姿态角、载荷视物前向角和侧向角条件下进行了数学仿真计算,结果发现计算结果与偏流角定义相符,卫星偏流角随星下点地理纬度和纬度幅角的变化分别为封闭类圆和1/2周期的类正弦曲线,而视物前向角、侧向角,滚动角,俯仰角对偏流角的影响较小。该计算方法已用于高分五号(GF-5)卫星的星上偏流角计算软件。     

大型网状天线展开指向精度测量方法研究

可展开天线研制过程中需对其进行地面展开指向精度测试以验证天线在轨实际指向性能.为了实现大型网状天线展开指向精度的地面测量,基于天线实际结构特点,从影响天线展开指向精度的因素入手,在建立的统一卫星坐标系分析模型下采用了一种基于展开臂、反射器和馈源阵等多个组成子部件单独展开指向精度直接测量的模式,并在各子部件测量结果的基础...     

Ka频段点波束天线指向精度对星地数传链路的影响分析

为满足低轨遥感卫星海量数据的高速下传需求,Ka频段双圆极化频率复用数传技术已被逐步应用,而其使用的机械式点波束数传天线对指向精度和极化隔离度有很高的指标要求。文章对Ka频段点波束天线的辐射增益和交叉极化隔离等特性进行了讨论,从工程应用的角度定量研究了交叉极化的产生及其对链路极化损耗、链路余量和链路可用率的影响,重点分析了Ka频段点波束天线在不同指向精度时对不同地面站极化复用数传链路的影响。Ka频段点波束天线指向精度优于1°时,只能满足北京地面站99.0%链路可用率的可靠数据传输,可以满足喀什地面站99.9%链路可用率的可靠数据传输。文章的分析结果可为低轨遥感卫星Ka频段点波束天线的设计与研制提供参考,尤其是可为Ka频段双极化复用数传链路的总体设计和卫星任务规划提供分析依据。     

多体卫星复合控制物理仿真试验系统

对于具有星间链路天线的多体卫星而言 ,进行星体姿态和天线指向复合控制的地面物理仿真试验研究是一个重要课题。本文主要叙述利用单轴气浮台模拟卫星姿态运动 ,由天线框架驱动机构 (GDA)实物连接组成的多体卫星平面运动动力学环境下的物理仿真试验系统。     

垂直发射导弹的无滚动控制的惯导系统

本文介绍一种电子制导系统,若导弹在发射前已知一组目标位置坐标信息,则该制导系统能计算出飞行阶段导弹在固定惯性坐标系中的位置和速度.惯性坐标系的所有变量,均由以目标位置为中心的三轴正交坐标系确定.该制导系统不采用主动滚动控制便能不断地使导弹速度矢量指向目标位置.     

火星车定向天线自主对地指向规划方法

针对火星车的2自由度定向天线,结合在轨约束条件和对地数传需求,提出一种基于解析星历的器上自主对地指向规划算法。首先给出火星和地球的相对方位、信号传输时延和空间交会的解析计算公式,摆脱了复杂的星历表模型,使得器上计算机运行更加高效;在此基础上根据火星车位置和姿态、定向天线安装矩阵,计算定向天线的转角,并给出天线转轴运动控制策略,使其实时自主跟踪地球,建立稳定运行的通信链路。通过仿真对解析星历计算结果进行检验,并在室内试验场对天线自主跟踪结果进行验证,仿真和试验结果表明该方法合理可行,指向精度满足使用要求。此方法解决了大时延下火星车定向天线对地球的指向和跟踪问题,将会应用至我国的首个火星车上。     

星间链路天线扫描捕获方法

文章提出一种适合中继星星间链路天线的恒线速度螺旋扫描捕获方法。推导出了扫描轨迹方程、天线方位转角及俯仰转角的数学表达式,论证了此方法的天线方位角速度幅值及俯仰角速度幅值变化很小,且近似等于扫描轨迹线速度,叙述了扫描参数选择等。该方法的优点是:轨迹方程简单,螺距相等,易于实现全覆盖扫描;扫描螺旋线平滑且线速度恒定,这既对卫星姿态冲击影响小,又有利于对目标信号的发现与捕获。     

星载可动天线安装误差补偿方法

为了提高天线指向精度,本文提出了一种星载可动天线的安装误差补偿方法。该方法根据卫星结构坐标系与立方镜坐标系间的关系及立方镜坐标系与天线结构坐标系间的关系,运用欧拉角坐标转移方式,得到对天线安装误差进行补偿的坐标转移矩阵。并且针对安装误差的特点,对坐标转移矩阵进行简化,只需要在轨上注3个参数即可实现对天线安装误差的补偿。仿真结果表明,在安装误差≯1°的情况下,补偿后的指向误差最大值≤0.05°;在安装误差≯0.5°的情况下,补偿后的指向误差最大值≤0.01°,补偿后的指向误差可接受。星载可动天线安装误差补偿方法可有效补偿安装误差对天线指向的影响,上注参数少易于实现。     

卫星姿轨控制对大型柔性索网天线在轨指向影响分析

文章针对星载天线大尺寸、大柔性,引起卫星姿轨控时卫星本体姿态运动与柔性天线自身弹性变形相互耦合,进而导致天线指向精度下降的问题,提出了一种计算卫星姿轨控制引起的大型柔性天线在轨波束指向偏差的计算方法。首先,结合有限元法和混合坐标法,通过理论推导,建立了卫星与大型柔性索网天线刚柔耦合动力学模型;然后,以某在轨成像卫星东西位保为例,通过有限元法对该柔性索网天线进行模态分析,得到描述天线弹性振动的模态矩阵与质量矩阵,结合天线的模态矩阵、质量矩阵及天线与卫星本体的坐标转换关系,得到天线振动相对于星本体坐标系的平动耦合系数与转动耦合系数,再与星本体的刚体运动参数组合起来,求解卫星天线刚柔耦合动力学模型,即可得到天线实际振动位移。最后,根据天线实际振动位移进行天线型面拟合,并选取其最差型面进行了天线电波束指向仿真。仿真结果表明,天线方位向的波束指向偏差最大为0.0576°,可为天线在轨指向设计提供依据。该算法同样适用于卫星其他姿轨控制工况。     

天线指向误差引起的对地球服务区覆盖影响

对于同步轨道卫星,天线指向误差是整个有效载荷系统指标的一部分,它将影响天线方向图对地球服务区的覆盖。本文将分析讨论天线指向误差的几个来源,着重给出有卫星姿态控制误差时天线方向图对地球服务区覆盖率变化的计算方法。     

地球同步三轴稳定卫星的偏航姿态确定

地球同步三轴稳定卫星在正常运行方式下的偏航姿态控制分主动式和被动式两种。主动偏航姿态控制需要偏航姿态信息,而在位置保持机动方式下需要偏航主动控制,这也需要偏航信息。由于天线反射器法线和卫星本体偏航轴并不重合,往往有几度夹角,偏航姿态偏差对天线指向精度要求的提高,对偏航精度要求也愈来愈高。本文针对目前地球同步三轴稳定卫星常用的偏航姿态确定方法做了讨论。着重讨论了利用太阳敏感器,地球敏感器和射频敏感器的三种组合模式确定偏航资态的方法,包括利用统计法估计偏航姿态。本文还对上述各种方法进行了误差分析和性能比较。     

一种用于非合作目标惯性指向轴位置捕获的绕飞方法

本文提出一种用于非合作目标惯性指向轴位置捕获的绕飞方法。该方法依据实时相对位置和目标位置确定绕飞坐标系;在绕飞坐标系中,分别采用扇形轨迹和直线轨迹设计了两类接近轨迹规划策略,利用相对位置和目标位置间的夹角进行规划策略选择,以规划得到过渡目标位置,并采用CW制导进行过渡目标位置的接近控制;为保证绕飞过程中相对测量敏感器始终有效测量,还设计了姿态指向控制律使追踪航天器x轴指向目标航天器。数学仿真校验了所设计方法的有效性。     

船载卫星遥感数据接收天线跟踪精确度改进方法

针对船载卫星遥感数据接收天线的动态跟踪航行特点,提出一种提高船载卫星遥感数据接收天线跟踪精确度的方法。通过天线伺服控制设计和计算机程序,克服船姿扰动对天线跟踪的影响,实现快速捕获目标卫星并进行精确稳定跟踪,从而解决恶劣海况下,船行过程中对X频段低轨卫星全空域、无盲区跟踪和可视区域内的高精度指向跟踪问题。该方法已在雪龙号船载卫星遥感接收处理系统建设中得到应用,可为后续舰船上建设遥感卫星接收系统提供借鉴。     

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。     

非合作式星载双站雷达波束同步设计

波束同步设计是星载分布式雷达系统总体设计的重要问题。针对发射卫星是非合作式的情况，给出六种可能的卫星姿态和天线指向参数方案。给出如下数学模型：针对一般编队，总结出波束指向同步的一般方法；提出一种基于波束指向同步的波束覆盖同步方法，并基于该方法，得到上述六种方案对应的波束覆盖同步方法；提出衡量姿态和天线指向控制能力要求的方法和覆盖能力模型，对六种可能的卫星姿态和天线指向方案，进行波束同步设计和波束覆盖能力仿真分析和比较，仿真结果验证了数学模型的正确性。     

大椭圆轨道卫星姿态基准坐标系与运动学研究

针对大椭圆轨道卫星在轨运行中特殊光照条件导致的能源供给、热控设计等工程研制难点,兼顾光照时间和遥感任务,提出将基于太阳矢量与地面物点矢量的日地观测坐标系作为卫星姿态控制的基准坐标系。研究了相应的卫星姿态运动学,针对日地观测坐标系的角速度矢量在物理层面难以写出解析表达式的问题,提出一种解析计算方法,给出了算法流程,推导了日地观测坐标系相对惯性坐标系的角速度矢量在惯性坐标系中的计算公式。与数值差分法的仿真对比结果表明:该解析算法正确可行,其曲线特性和计算精度优于数值差分法。研究对卫星研制具有理论意义和应用价值。     

敏捷光学卫星多模式推扫成像时的偏流角研究

对运行于太阳同步轨道的以时间延迟积分CCD(TDI-CCD)相机为成像有效载荷的敏捷光学卫星姿态对地指向变化的多模式推扫成像,研究了基于运动学和卫星自身姿态信息的偏流角解算方法。基于线阵TDI-CCD推扫点目标瞬时成像、区域扫描成像和立体成像模式,分析了动态成像过程中的偏流原理。综合运动学和速度矢量方法,推导出了星下点速度矢量在敏感器坐标系中的表达式。数值仿真表明:当相机推扫方向与航迹方向平行时,偏流源于地球自转;当相机推扫方向与航迹方向不平行时,偏流角主要受地表的牵连速度影响。采用姿态偏航控制对偏流角进行调整,可实现敏捷光学卫星执行多模式推扫成像技术。     

星载平面相控阵天线相位中心位姿标定方法

星载平面相控阵天线的相位中心是影响卫星成像质量的一个重要参数，针对平面相控阵天线的相位中心在卫星上的位姿标定问题，本文提出了一种标定平面相控阵天线相位中心位姿的方法。首先，建立了平面相控阵天线相位中心相对卫星主基准位姿传递的数学模型;其次，采用暗室测量系统对平面相控阵天线相位中心进行了标定，测得天线本体坐标系下的天线相位中心位置;最后，利用激光跟踪仪和经纬仪精测系统测出了天线相对卫星基准的位姿矩阵。基于本文提出的数学模型，获取了平面相控阵天线相位中心在卫星基准坐标系下的位置与姿态数据;同时，通过试验验证了平面相控阵天线紧固件的拧紧力矩，其对平面相控阵天线相位中心的影响可忽略。该方法对后续确定搭载平面相控阵天线的卫星相位中心工程验证，提供了参考。