中继卫星支持航天器实时精密定轨技术研究

通过分析美国跟踪与数据中继卫星系统卫星增强服务,结合我国数据中继卫星系统和北斗卫星导航系统发展现状,总结得到对我国发展数据中继卫星系统卫星增强服务,以实现低轨道航天器实时精密定轨的几点启示:加快建设北斗卫星导航系统全球增强系统;通过冗余提高北斗卫星导航系统全球增强系统可靠性;增加我国数据中继卫星支持广播的能力;建立我国数据中继卫星系统卫星增强服务标准;增加多系统联合定位技术支持;与北斗卫星导航系统D2导航电文配合使用;进行数据中继卫星系统卫星增强服务试验以积累技术经验。     

天基激光清理低轨空间碎片的最佳角度分析与过程设计

针对天基高能脉冲激光清理低轨(LEO)空间碎片的问题,建立了高能脉冲激光清理LEO碎片作用过程和轨道演化的模型,推导了脉冲激光作用碎片的最佳角度与碎片轨道参数的解析关系,证明了最佳角度下的清理效果具有关于碎片轨道主轴对称的特性。以平台飞行时间和激光作用时间综合优化为目标,提出了一种天基激光清理空间碎片过程的简化设计方法,能快速有效地获得清理方案。选取典型的激光器与空间碎片参数进行仿真验证,结果表明:采用最佳作用角度能极大提高激光清理的效果;基于优化设计方法可使得在平台飞行时间仅增长10%情况下激光作用时间减少30%。     

基于主星带伴随小卫星编队系统的AT-INSAR研究

针对主星带伴随小卫星编队雷达系统的特点和AT INSAR的基本原理,本文对主星带伴随小卫星编队雷达系统执行AT INSAR任务进行了比较全面的分析。本文建立了主星带伴随小卫星编队雷达系统AT INSAR模型。基于这个模型分析了临界基线、测速精度,以及动目标检测等性能。最后,对一个L波段的主星带伴随小卫星编队系统完成AT INSAR任务进行了仿真。结果表明,测速精度对于编队小卫星的基线测量精度要求相对较高,而且检测地面慢速运动目标是可行的。     

高轨目标掩星成像相位恢复技术研究

高轨目标掩星成像通过观测高轨卫星对恒星的遮掩过程,实现对高轨目标的成像.该方法采用望远镜线性阵列观测高轨目标遮掩恒星过程中恒星亮度变换,获得高轨目标在地面的投影,通过相位恢复方法可计算得到卫星轮廓图样,具有成像分辨力高,设备制造难度小等优点,在高轨目标成像领域具有较好应用前景.本文分析利用掩星成像方法对高轨目标成像的可行性,重点对掩星成像过程的相位恢复方法进行改进,根据掩星成像特点对输入输出算法进行优化,仿真结果表明：改进后的相位恢复方法可显著提高图像恢复质量和掩星成像方法的空间分辨力.     

光压摄动对卫星姿态轨道耦合的影响分析

随着卫星对地测量精度要求的不断提高, 对卫星轨道的精度要求也随之提高. 目前Topex, Jason-1, Jason-2等一系列海洋测地卫星的轨道计算精度已经达到厘米量级, 相应对卫星动力学模型的要求也越来越精细. 以Topex海洋测地卫星为背景, 考虑卫星帆板有规律的运动, 将其几何形状简化为高精度轨道计算中比较通用的Boxing-Wing模型, 计算了Topex卫星的Boxing-Wing模型在轨运行中受到的太阳光压力及光压力矩. 考虑卫星姿态和轨道耦合的情况下, 计算了太阳光压力及光压力矩对Topex卫星轨道半长轴和卫星姿态的影响. 通过一个轨道周期的计算可知, 光压对卫星轨道半长轴的影响大约为9cm, 对卫星滚动角和俯仰角的影响在6°左右, 因此, 在高精度的轨道计算和姿态控制中这个影响是应该考虑的.     

基于剪式控制力矩陀螺的低轨卫星垂轨摆扫姿态控制

针对低轨卫星大范围探测,设计了基于剪式控制力矩陀螺的姿态控制系统。按照2种垂轨摆扫姿态机动轨迹,获得姿态机动的期望姿态。使用剪式安装的控制力矩陀螺作为执行机构,给出框架角速率操纵率,避免出现奇异状况,简化了雅克比矩阵。仿真验证了姿控系统对于大范围探测任务的有效性。     

服务航天器主动绕飞观测的建模与控制

围绕服务航天器对目标任意方位绕飞观测操作,提出一种可灵活配置多种相对运动构型的绕飞建模方法。将绕飞分为过渡过程和绕飞过程2个阶段。通过对绕飞过渡过程采用S型速度曲线进行规划,使服务飞行器从任意初始方位平稳地进入绕飞平面。定义轨迹规划坐标系和期望姿态坐标系,将三维绕飞观测转化为二维轨迹设计与期望姿态解算,实现了绕飞观测的降维设计。定义期望绕飞矢量,实现绕飞构型的灵活配置。建立了相对轨道误差动力学模型,将对绕飞轨迹的跟踪控制转化为对跟踪误差的调节器设计。综合考虑轨道、姿态与挠性附件振动间的耦合作用,设计了基于模态观测器的姿轨联合控制律。数学仿真结果表明了该方法的正确性。     

星载双频GPS相位历元差缩减动力学定轨(英文)

研究了星载双频GPS相位历元差缩减动力学定轨方法,该方法既克服了相位历元差运动学方法在观测几何较差或数据不足情况下无法应用的缺点,又避免了相位非差动力学方法易受周跳和模糊度影响的缺点。历元差方法对相位周跳的影响不敏感,因此能够降低相位数据预处理中周跳探测的难度。在模型求解过程中,解决了高维矩阵的计算问题,将长弧段观测数据分成若干短弧段,相邻两个短弧段的连接处不做差分,仅在每个短弧段内部进行历元间差分处理。通过对GRACE卫星进行试算,并与GFZ事后科学轨道进行比较,结果表明相位历元差缩减动力学定轨精度在径向、沿迹方向和轨道法向分别可达1.92cm、3.83cm和3.80cm,三维位置精度可达5.76cm,该方法与相位非差缩减动力学定轨精度相当。     

测控设备误差对奔月轨道探测器定轨精度的影响

随着我国航天事业的发展，登月探测器的研究日益显得重要。本文主要探讨奔月探测器在停泊轨道、转移轨道运行中，地面测控设备的误差对探测器各重要弧段定轨精度的影响。得出当仅使用USB设备时，定轨位置误差随设备误差基本成等量级变化；加入测角设备时，设备误差变化时，位置误差基本没有变化，可使用奔月轨道定轨最大位置误差达到10m。