基于地面图像的卫星自主定轨方法可观测性及定轨性能分析

卫星自主定轨是航天发展趋势之一。近年来,高分辨率遥感卫星不断发展,为利用光学遥感图像进行自主定轨提供了可能。在此背景下,提出了一种基于地面特征点图像的自主定轨方法。通过构造局部可观测矩阵分析了该定轨系统的可观测性,并用局部可观测矩阵的条件数表征可观测度,估计系统的定轨性能。通过Monte-Carlo仿真实验评估了系统的定轨表现,结果表明:该定轨方法与多点定位方法相比可以得到更高的定轨精度。     

HY-2卫星DORIS厘米级精密定轨

"海洋二号"(HY-2)卫星搭载了新一代DORIS接收机,可提供双频相位和伪距测量数据。针对HY-2卫星的RINEX 3.0格式的相位测量数据,研究了一种区别于传统相位观测数据处理的历元间差分处理方法,将相位观测数据转换为距离变化率观测数据,并进行相关误差修正,建立了HY-2卫星的宏表面力和经验力等摄动模型,基于动力学定轨原理实现了基于DORIS相位观测数据的精密定轨。利用HY-2卫星的DORIS实测数据进行定轨,初步计算结果表明,径向轨道误差优于2cm、三维位置误差约10cm,满足HY-2卫星应用的厘米级轨道精度需求。     

地球同步轨道目标物深度学习检测方法

针对欧空局SpotGEO竞赛中地球同步轨道目标物的检测问题,提出面向低精度CCD空间图像的深度学习检测方法。在图像预处理环节,分别采用高斯过程回归和模板匹配实现前景/背景分割和多帧图像配准。根据地球同步轨道物体的运动特征,采用拓扑扫描提取候选目标物。在此基础上,提出一套基于深度学习的目标物筛选方法。该方法利用卷积神经网络,依次对拓扑扫描前后候选目标物进行筛选,显著减少噪声点数量,提高检测效率。仿真结果表明,该方法达到98%的目标检测准确率,适用于存在光污染、云层遮挡等干扰的复杂环境。     

微小卫星推力器姿轨一体化控制技术研究

随着微小卫星的技术发展,采用微小卫星组网和轨道机动的需求越来越多。针对微小卫星重量轻、功耗低的特点,本文提出了基于推力器的姿轨一体化控制方案。该方案采用一个大推力器进行轨道控制,4个斜装小推力器兼顾轨道控制和姿态控制,不仅可在卫星轨道机动中实现三轴姿态控制,同时可提高控制系统的功能密度。采用Matlab仿真分析,给出了在卫星轨道机动中同时兼顾三轴姿态控制的仿真曲线。仿真结果表明:本文提出的控制策略具有很好的实用性。     

大型GEO通信平台主动段力热综合性能分析

对于大型高价值卫星,为增强卫星的抗风险能力,在极端温度环境、相较一般发射工作程序有所偏离的情况下,进行了卫星平台的力热性能分析。分析结果表明:采用3D舱板的有限元分析模型能够更好地揭示平台的结构变形;主动段的热变形只占力热综合变形的较少部分,并且随着主动段趋于结束,热变形在力热综合变形的占比在增加。平台的热分析温度结果为50.84~-11.89 ℃,未超出卫星的极限温度要求,表明卫星的热性能有一定保持能力。但是,热耗较大的舱板在给定的较极端边界条件下,分析结果较一般条件下的热平衡试验结果温度高约25 ℃。力热综合分析的结构变形结果最大为1.73 mm,不会危及卫星结构强度,表明卫星平台具有一定结构性能保持能力,但结构变形的结果已经接近结构局部精度的要求量级,值得关注。     

近圆轨道卫星编队捕获技术研究

基于近圆参考轨道的假设,研究处于同一入轨点多颗卫星的编队捕获方法.首先由高斯型拉格朗日轨道摄动运动方程得到轨道坐标系中控制冲量与轨道根数偏差的关系,基于近圆轨道的条件简化并带入相对运动方程,得到控制冲量与相对运动的关系表达式;通过深入分析各个方向(径向、沿迹向与轨道面法向)的控制冲量对相对运动的影响,给出了分别用径向与轨道面法向控制冲量组合和沿迹向与轨道面法向控制冲量组合实现编队捕获的两种控制策略;最后给出了一个空间圆编队捕获实例,并从燃料消耗、施加冲量次数及捕获时间等角度对比研究了两种控制策略的特点.仿真结果表明,这两种控制策略简单、实用,能够较好地解决近圆轨道卫星编队的捕获问题.      

转移轨道航天器深层充放电效应仿真分析

为研究转移轨道卫星介质深层动态充电规律特征,针对卫星动态辐射环境的特点,基于FLUMIC思想,建立辐射带动态电子环境模式。针对动态辐射环境下星上介质深层充电的特征,使用辐射诱导电导率(RIC)模型和Geant4建立了适用于转移轨道卫星动态环境下的介质深层充电应用模型。首次对地球同步转移轨道(GTO)和嫦娥一号卫星调相轨道运行过程中介质深层充电情况进行了仿真分析。结果表明:转移轨道卫星在运行时会多次穿越辐射带区域,电子通量存在明显波动,这种波动性反映在材料的充电电位变化中。材料峰值充电电位分别为-2 846V和-4 110V,介质内部平衡电场均超过106 V/m,存在内放电风险,需要在工程设计中进行针对性防护。     

高轨导航接收机的时钟辅助定位算法

针对高轨卫星导航接收机接收信号弱、可用卫星少及定位精度差的问题,提出利用恒温晶振的频率稳定性抑制观测噪声,进一步改善定位精度的时钟辅助定位算法。通过区分星历星钟误差和用户测距误差在本算法中的不同传递路径,在理论上给出了算法的定位精度与星座几何构形之间的关系,并指出本算法在高轨场景下具有显著的精度优势,在低轨和地面场景下没有精度优势。仿真试验证实了算法的有效性,在典型的高轨场景下,本算法的单点定位误差仅是标准算法的1/10。     

面向在轨靠泊加注的管路力学分析与优化设计

面向在轨伸出式靠泊加注任务,针对对接过程中加注管路因同步外伸而产生附加力的问题,提出了一种偏置椭圆螺旋构型的加注管路。首先,推导了管路的轴向刚度和应力数学表达式,通过有限元仿真和实验校验了上述两个表达式的准确性。之后,将偏置椭圆螺旋管路与其他三种适用管路在同一设计空间下分别进行了基于最小轴向刚度的构型优化设计,得到了上述四种管路各自的最优构型与最小附加力,形成了该类在轨加注螺旋管路的完整设计方法。与仿真和实验结果对比,所推导的管路轴向刚度与应力数学表达式的相对误差均小于5%,可用于该类管路的设计分析。与无偏圆螺旋管路相比,所提出的偏置椭圆螺旋管路将靠泊加注对接过程中的管路附加力降低了约83.5%,更适用于在轨靠泊加注任务。     

连续小推力条件下星座轨道机动方法研究

基于连续小推力条件下星座轨道机动的动力学特性分析,研究了其入轨的布局置入和离轨机动方法。地球轨道上的大型星座数量巨大,传统的轨迹优化方法较难应用。针对多星入轨的星座布局置入任务,求解了分时序抬轨的相位调整问题,并在轨道抬升过程中,利用轨道倾角偏置补偿升交点赤经漂移。针对星座中卫星的离轨任务,设计了半长轴和偏心率的联合调整方法。在保证卫星快速离轨的同时,能够有效减少燃料的消耗。考虑到连续小推力机动的弧段效应,控制策略需要围绕控制效应的曲线积分进行优化。