基于一致性算法的卫星编队姿轨耦合的协同控制

针对卫星编队一主多从结构的相对轨迹、姿态的协同控制问题,提出了一种基于Lyapunov方法的编队飞行协同控制策略。该控制策略将分布式控制思想引入卫星编队飞行的相对轨迹、姿态的动力学系统中,使各从星保持编队构型的同时沿期望轨迹相对主星绕飞。从理论上证明了系统的渐近稳定以及对外部干扰的抑制,并基于一致性算法理论定量地分析了通信拓扑结构为有向图情况下控制器参数的选择范围。此外,利用星星间的相对位置信息确定各从星的期望姿态和角速度,以确保对卫星编队进行姿态协同控制,达到跟踪同步的目的。最后将提出的算法应用于卫星三角形编队飞行的协同控制,仿真结果表明该方法的可行性与有效性,具有潜在的应用前景。     

基于Multi-Agent的编队飞行卫星体系结构研究

卫星编队的自主运行与管理能够节约大量成本,并能充分发挥卫星编队的整体功能,是编队飞行的关键技术之一。Multi-Agent系统的一些基本特性正好满足了卫星编队自主性的需求,因此从Agent概念出发,分析了将Agent技术应用于卫星编队的优势,研究了基于Multi-Agent的卫星编队垂直分层体系结构,并详细描述了每个层中各子Agent的功能,最后给出了卫星编队的一般协同工作流程,并针对基于Multi-Agent编队飞行系统,提出了几项需要解决的关键技术。     

异构编队卫星近距离操作轨迹规划方法

针对编队卫星的空间在轨服务任务,提出一种多类载荷异构星群的协同操作方案。首先,考虑星间自主通信,建立了由一颗主故障识别的观测卫星和多颗主维修补给的操作卫星构成的编队系统。其次,提出一种基于循环交替策略的多星协同轨迹规划方法,并基于差分进化算法优化了星群轨迹。最后,结合算例仿真,分析了系统内各成员卫星在编队控制过程中所需的脉冲大小以及编队系统整体的安全性能。仿真结果表明,异构编队系统可快速规划出安全性较高、鲁棒性较强的在轨服务轨迹,具有一定的工程应用价值。     

基于CARTWHEEL构型的小卫星星座有效基线分析

编队小卫星有效基线分析是编队小卫星SAR系统性能分析的关键,提出了针对Cartwheel编队构型的精确基线分析方法.将小卫星星座绕飞轨迹Hill方程与地球自转相结合,综合考虑两者的影响,精确的对Cartwheel构型星座有效基线进行仿真计算,并且对星座在不同轨道位置的基线偏差进行了分析.     

混合式微小卫星编队飞行控制仿真系统设计

提出了一种混合式的微小卫星编队飞行控制仿真系统。该系统由三个节点组成,即两个模拟卫星和一个控制中心,节点之间通过星间网络进行数据交换。模拟卫星由星上计算机和各种星上敏感器和模拟执行器构成。星上计算机接收星上敏感器的物理输出,并经过星地转换模型对传感器数据进行修正。在一定的控制策略下,卫星控制模型进行计算产生控制输出,控制输出在控制界面上进行显示,并同时作用于传感器修正模块,实现系统的闭环控制。控制中心主要提供强大的计算功能,也可以单独构成一颗数字卫星。在这个控制仿真系统中,能够进行多种控制策略的仿真,包括双星主从控制、双星协同控制、三星主从控制、三星协同控制以及单星失效模式等。     

分布式小卫星干涉高程测量

干涉仪合成孔径雷达 (InSAR)可以对地面高程进行有效测量 ,产生高精度的地面数字高度模型 ,具有广阔的应用前景。编队飞行的小卫星星座技术具有许多优点 ,可以提供高精度测高所需的较长的有效基线 ,却不能提供完全平行的航迹。针对这个问题 ,分析了小卫星星座的实际轨道情况 ,提出两种信号处理方法 ,可以有效解决非平行航迹的干涉测高问题。理论分析和仿真结果证实了这两种方法的有效性。     

微小卫星编队系统的干涉SAR 空间基线稳定性分析

基线在星载干涉SAR的系统设计和数据处理中起着非常重要的作用,对于微小卫星编队系统来说稳定性问题是干涉SAR空间基线的一个重要问题.首先建立了空间基线的几何模型,定义了垂直基线、有效基线和水平基线.根据微小卫星编队飞行的特点,建立了空间基线的动态模型.基于这个模型,提出了一种空间基线稳定度的计算方法.最后,比较了不同编队构形和不同卫星数目两种憎爱分明形下空间基线稳定度.仿真结果表明空间基线稳定度的计算方法是有效的.     

导弹协同作战编队飞行控制系统研究

提出了具有3个回路的导弹协同作战编队飞行控制系统,分别对3个回路进行设计分析,并重点分析导弹的四维制导控制外回路和编队控制回路。面向具有过载自动驾驶仪内回路的增广飞控系统,设计了基于总能量控制理论的高度/速度解耦控制器,能够实现导弹制导控制外回路的高度/速度解耦。基于导弹编队队形的位置偏差关系设计了导弹编队控制器,最后综合3个回路构成了导弹编队飞行控制系统。仿真结果表明,各回路以及导弹编队控制系统具有很好的控制性能,能够快速、稳定地完成导弹编队的队形调整动作,进而实现任务规划系统对导弹编队提出的作战任务。     

基于遗传算法的卫星攻击轨道优化方法

在空间攻防与卫星对抗中,当目标卫星周围有若干小卫星以编队形式对其绕飞时,为使拦截卫星成功击中目标卫星,并且避开编队小卫星的防御区,必须对拦截卫星攻击轨道进行规划。寻找到一条既能满足安全性、快速性,又能节省燃料的最优路径。而利用经典数学规划方法,如序列二次规划方法,虽能寻找到最优路径,但并不适应于解决空间对抗中复杂攻防环境模型下的轨道规划问题。为此本文提出基于遗传算法的拦截卫星攻击轨道寻优方法。建立目标卫星编队小卫星的动态防御模型作为环境模型,采用可变长度实数编码方式,根据攻击轨道安全性、快速性、燃料消耗最少等要求建立综合适应度函数,并对遗传算子及置换运算方法进行设计。通过仿真验证,本文提出的轨道优化方法能够寻求到最优攻击路径,并且算法收敛速度较快。     

基于无模型无迹粒子滤波的编队卫星相对运动估计

由于地球引力和大气阻力等因素造成的模型不确定性,使常规滤波方法用于卫星编队飞行相对运动估计时精度不高。为克服这种影响,提出了一种融合高斯过程回归(Gaussian process regression,GPR)的无模型无迹粒子滤波(model free unscented particle filter, MF-UPF)方法。对近圆轨道的双星编队问题,新方法通过高斯过程回归对已有的量测数据学习建立相对运动模型, 有效地避免了模型不确定性造成的滤波性能下降。仿真对比验证了无模型无迹粒子滤波在编队飞行相对运动估计中的优越性。     

基于System C的星载计算机系统设计

分析了小卫星星载计算机系统的公共需求及其应用的特殊性,给出了典型小卫星星载计算机系统的通用体系结构;提出了基于System C的星载计算机系统的设计方法。通过与传统的星载计算机系统设计方法的对比,提出的基于System C的设计方法可使星载计算机系统的研发周期缩短,设计质量获得较大的提升。同时结合实际工程经验,给出了星载计算机系统软硬件协同设计的基本步骤。     

基于仿真的双基站卫星星座设计

根据双基站卫星星座的特点，分析了卫星和空间站之间的可视窗、通讯窗、过顶时间要求下的通讯约束，并进一步设计双基站卫星星座的轨道高度、倾角、升交点赤经、轨道数目及卫星分布选择、星际链路建立。该星座克服了以地球为基地的卫星星座测控信号传递路程长，信号受到环境干扰大的不足。并充分利用空间站的优势，更有效的发挥卫星及其星座的作用。以服务于未来我国空间站的专用数据中继系统为例，进行双基站星座设计。从仿真结果可以看出，所设计的星座作为未来我国空间站的数据中继系统是有效的、可行的。     

A Global Seamless Hybrid Constellation Design Approach with Restricted Ground Supporting for Space Information Network

In space information networks, satellites are generally in high speed orbit motion. In order to obtain better spacial and temporal coverage performance, satellites should cooperate with each other as a constellation. Previous works on constellations mainly focus on global seamless coverage using fewer satellites. However, like most countries, it is hard for China to build ground stations in overseas, and the geostationary Earth orbit position resource is scarce. In this paper, we investigate the constellation design problem with restricted ground supporting. We first proposes a "backbone network + enhanced network" hybrid constellation design approach. Then a hybrid "4GEO+5IGSO" constellation is designed using the proposed approach, and the coverage performance of this constellation is analyzed in detail. Simulation results show the proposed approach can realize global seamless coverage only using a small number of satellites. Furthermore, the proposed hybrid constellation meets the coverage demand only relies on ground stations inside China.     

用分布式小卫星提高星载SAR的方位向分辨率

通过分析传统星载合成孔径雷达 (SAR)在提高方位向分辨率时所遇到的困难 ,提出一种利用分布式小卫星提高星载SAR方位分辨率的方法。该方法把多个卫星天线的波束进行相干合成 ,从而达到增加合成孔径长度 ,提高方位向分辨率的目的。同时详细给出了该方法的原理和实现步骤。计算机仿真结果表明了该方法的有效性。最后 ,还指出有待进一步考虑的问题。     

小卫星柔性测试床设计与实现

分析了小卫星地面综合测试系统的特点和功能,通过对几种型号小卫星系统的研究,给出了柔性测试床的软硬件体系结构,阐述了柔性测试床星上和地面两部分的设计思想,主要介绍了通信参数的动态配置、TM数据信号的定义与解析的实现方法。小卫星柔性测试床已成功应用于三颗小卫星系统的研制,并取得了明显的应用效果。     

超低干扰力矩微纳卫星姿控半物理仿真平台

微纳卫星姿控的反作用飞轮输出力矩小,难以克服普通气浮转台的干扰力矩,为了解决上述问题,实现微纳卫星姿控地面半物理仿真验证,必须对干扰力矩进行有效补偿。为此,对干扰力矩分类并分析了各自的特性,针对性提出了干扰力矩主动补偿方法,研制了主动补偿式超低干扰力矩气浮转台,并基于此开发了微纳卫星姿控半物理仿真平台。研制的气浮转台的干扰力矩达到2×10^-5 Nm,小于微纳卫星反作用飞轮的最小输出力矩,利用半物理仿真平台有效地验证了微纳卫星大角度姿态机动控制算法。     

对地观测小卫星星座长期任务规划求解技术

针对小卫星星座的成像特点和约束特性,建立长期任务规划数学模型。将该模型分解为初始轨道分配和冲突消解两阶段进行求解：首先将初始轨道分配问题映射为图的k-GCP模型,并提出了贪婪顶点序列着色算法进行分配;然后采用区间变量表示成像时间,根据区间变量间的时间关系对影响任务拓扑排序,设计了一种基于深度优先搜索的任务规划算法进行冲突消解。算例表明,该方法能够在满足时效性的前提下解决小卫星星座的长期任务规划问题。     

基于小区域滤波的快速星图弱小目标分割算法

时间序列帧星空图像中弱小目标的检测是天基监视地球同步轨道卫星需要解决的关键技术之一,星图中的背景杂波抑制与小目标分割对运动目标的检测与精确测量是至关重要的。针对这一问题,提出了一种基于小区域滤波的快速星图弱小目标分割算法。首先采用最小二乘拟合方法得到高斯背景均值和标准差;然后利用小区域滤波抑制背景杂波;最后利用固定阈值滤除灰度过小像素点。实验结果表明,该算法能够较好地保持恒星和运动目标的边缘,为恒星和运动目标的快速定位奠定了基础。     

成像卫星任务规划模型、算法及其应用

近年来, 成像卫星数量越来越多,成像任务需求呈现出多样化、复杂化和快速 增长的趋势,成像卫星任务规划问题在卫星管控中的作用越来越突出.在对成像卫星任务规划基础理论进行 阐述的基础上,总结了成像卫星任务规划的基本模型和主要求解算法. 建立了考虑任务合成的成像卫星调度模型, 提出了求解该模型的快速模拟退火算法.成像卫星调度模型、求解 方法和任务规划技术,已运用到成像卫星的日常管控中, 取得了很好的效果.