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。     

基于DEM和GMTI的收发同置分布式InSAR编队构型设计

针对多星收发同置分布式干涉合成孔径雷达(InSAR),建立了基线的空间几何模型,基于高程测量(DEM)和动目标检测(GMTI)任务设计卫星编队构型。给出了多星收发同置分布式InSAR的基线参数与构型参数的转换关系,在任务对基线的约束下,以小于某指标的测高和测速误差的轨道运行时间为优化目标,设计构型参数并仿真分析,获得了三种不同编队构型的基线稳定性和测量误差。     

基于非线性滤波技术的多航天器编队飞行相对导航

航天器编队飞行协调工作,必须精确确定各航天器的相对位置和相对速度,即进行编队飞行相对导航,本文提出了一种UKF和卡尔曼滤波组合的非线性滤波算法,并将算法应用于编队飞行的载波相位差分GPS相对导航。     

卫星编队的多冲量轨道机动路径规划方法

基于多冲量轨道机动控制,研究应用微小推力发动机来实现卫星编队轨道机动控制的方法。首先简单介绍轨道机动控制的多冲量次优解的求解方法,并把此方法的改进算法应用于卫星编队的整体轨道机动控制;为降低单次冲量值,应用小推力发动机实现轨道机动,提出了卫星编队多冲量轨道机动的路径规划方法,这种方法把一个多冲量轨道机动过程分成多个来实现;最后,数值仿真结果表明:该方法简便、实用,可以解决单次冲量值过大而不易实现的问题,同时对于轨道摄动因素的影响具有鲁棒性。     

基于连续螺旋滑模的无人机分布式编队控制

为了解决复杂环境中无人机分布式编队控制问题,考虑外界干扰影响和状态信息不完全反馈情况,对无人机设计分布式编队控制器。无人机利用自身位置反馈,基于二阶精确微分器设计状态观测器,得到无人机速度和干扰的估计值;结合自身估计信息和邻机位置、速度的估计,基于连续螺旋滑模控制方法设计编队控制器和姿态跟踪控制器;稳定性分析保证了无人机闭环系统稳定性。基于Matlab/Simulink数值仿真和软件在环实时仿真平台,验证了所设计控制算法的有效性,并演示了三维可视化仿真结果。     

编队卫星相对轨道与姿态一体化耦合控制

采用单个连续小推力推力器以及反作用飞轮作为执行机构的编队卫星相对轨道与姿态耦合控制问题。采用单个连续小推力推力器时,相对轨道控制推力作用时间较长,同时在任意时刻或一段时间内推力矢量不能指向空间任意方向,且其依赖于卫星当前姿态和姿态机动能力;一些编队任务对姿态确定精度有较高要求,为了能够提供较高的姿态测量精度,星敏感器应避免对准太阳,因此姿态动力学的非凸性和非线性使得编队耦合控制问题进一步复杂化。考虑以上约束,采用高斯伪谱法把连续控制问题直接转换成离散形式非线性规划问题。最后以双星编队队形初始化最优控制为例进行数学仿真,结果表明了该方法的有效性和实用性。     

GPS和类GPS测距技术在双星编队星座状态确定中的联合应用

为提高状态确定的精度,借鉴AFF技术引入一种辅助手段——类似GPS的伪距和载波相位测距技术(简称类GPS测距技术)．它的伪码码元和载波相位波长比GPS的更短,因而可获得更高精度的相对测量信息．针对对地观测的双星编队星座的状态确定任务,建立了联合GPS和类GPS测距技术进行编队星座状态整体确定的数学模型,并快速同时解算出GPS星间单差模糊度和类GPS星内单差模糊度,最后进行了数学仿真．仿真结果表明,编队状态的精度有明显提高,其中相对位置精度为10~(-3)m,姿态角精度为10~(-4)rad．仿真证明该方法有效．     

A lunar L2-Farside exploration and science mission concept with the Orion Multi-Purpose Crew Vehicle and a teleoperated lander/rover

A novel concept is presented in this paper for a human mission to the lunar L2 (Lagrange) point that would be a proving ground for future exploration missions to deep space while also overseeing scientifically important investigations. In an L2 halo orbit above the lunar farside, the astronauts aboard the Orion Crew Vehicle would travel 15% farther from Earth than did the Apollo astronauts and spend almost three times longer in deep space. Such a mission would serve as a first step beyond low Earth orbit and prove out operational spaceflight capabilities such as life support, communication, high speed re-entry, and radiation protection prior to more difficult human exploration missions. On this proposed mission, the crew would teleoperate landers/rovers on the unexplored lunar farside, which would obtain samples from the geologically interesting farside and deploy a low radio frequency telescope. Sampling the South Pole-Aitken basin, one of the oldest impact basins in the solar system, is a key science objective of the 2011 Planetary Science Decadal Survey. Observations at low radio frequencies to track the effects of the Universe’s first stars/galaxies on the intergalactic medium are a priority of the 2010 Astronomy and Astrophysics Decadal Survey. Such telerobotic oversight would also demonstrate capability for human and robotic cooperation on future, more complex deep space missions such as exploring Mars.     

Ambiguity resolution performance with GPS and BeiDou for LEO formation flying

The evolving BeiDou Navigation Satellite System constellation brings new opportunities for high-precision applications. In this contribution the focus will be on one such application, namely precise and instantaneous relative navigation of a formation of LEO satellites. The aim is to assess the ambiguity resolution performance with the future GPS and BeiDou constellations depending on system choice (GPS, BeiDou, or GPS+BeiDou), single- or dual-frequency observations, receiver noise, and uncertainties in ionosphere modelling. In addition, for the GPS+BeiDou constellation it will be shown how the growing BeiDou constellation in the years to come can already bring an important performance improvement compared to the GPS-only case. The performance will be assessed based on the percentage of time that the required precision can be obtained with a partial ambiguity resolution strategy.     

战斗机战术引导的广义编队控制研究

提出了用于空战战术引导的广义编队控制的概念和模型。分析了空战战术的特点,设计了战术引导控制系统的结构,该控制系统主要分为战术轨迹优化和广义编队控制。采用非线性规划来构建空战战术轨迹优化的通用算法,将执行同一战术任务的所有战斗机都纳入到一个广义的编队系统中,应用反馈控制设计分布式广义编队控制模型。最后,以双机水平散开战术为例来进行仿真验证,结果表明广义编队控制在使战斗机沿预定轨迹机动的基础上,保证了在战术引导过程中我方具有较大的战术优势。