基于相对角动量的空间非合作目标机动仅测角检测方法

针对传统方法在空间非合作目标小脉冲轨道机动检测过程中性能不佳的问题，在构建了一种基于相对角动量的新型待检特征量的基础上，提出了利用无源光学相机仅测角信息的轨道机动检测新方法。首先，在轨道坐标系下建立了基于Clohessy-Wiltshire方程的相对动力学模型和相机偏离质心安装时的相对视线角测量模型；然后，给出了相对角动量的定义并量化分析了以相对角动量作为机动检测特征标志的优越性；接着，设计了基于二次滑窗方差比值的机动检测算法框架；最后，通过数值仿真对所提算法进行了有效性验证和性能分析。仿真结果表明，该方法可以实现对近圆轨道目标的快速轨道机动检测，机动时间点检测误差在60 s以内。     

基于星载双频GPS的长基线卫星编队高精度快速星间相对定位

国际全球导航卫星系统服务(international GNSS service,IGS)精密星历产品的产生时间较长和一阶差分电离层延迟影响是长基线卫星编队利用星载双频全球定位系统实现高精度快速星间差分相对定位存在的两大问题.针对上述问题,提出了一种基于IGS超快速星历的动力学单差消电离层组合相对定位方法,该方法利用IG...     

基于脉冲星相关的编队航天器间相对距离的确定

针对编队航天器间相对导航的需要,提出了利用脉冲星的脉冲接收信息确定编队航天器间相对距离的方法。该方法利用编队航天器对同一脉冲星的观测信息,将不同航天器接收的脉冲星信号进行相关处理而获得航天器间相对距离。同时通过对脉冲星频谱特征的分析,给出了相对距离估计的精度。结合实际的编队航天器系统的轨道信息进行了仿真,结果表明,利用相关估计的方法可以完成航天器间的相对距离确定,为今后航天器编队飞行的应用提供了新的技术支持。     

基于平方根UKF的双星编队相对状态自主确定

基于AFF技术,提出了一种利用类GPS敏感器进行星间测量的双星编队相对状态自主确定算法。该算法以双星编队相对轨道和相对姿态运动方程为状态方程;为消除系统误差和钟差的影响,用同一卫星不同接收天线之间的伪距观测值的单差来构造测量方程;为保证协方差阵的正定性,提高计算精度和速度,应用平方根UKF滤波方法进行双星编队相对状态的自主确定。仿真结果验证了所给出方法的可行性和有效性。     

利用视线角信息的非合作目标相对距离估计方法

与非合作目标相对距离的精确测量是追踪器对其实施伴飞监视的关键技术之一.目前相对距离测量主要采用激光雷达作为测量敏感器,而国内的相关技术还不够成熟,难以满足任务需求.探讨一种新的相对距离的测量方法,追踪飞行器按特定方式进行一次或几次主动机动,根据机动过程中光学导引头测量的视线角序列,结合非线性滤波技术,对非合作目标相对距离进行精确估计测量.仿真结果表明,该方法可快速有效的精确测量非合作目标的相对距离,为监视伴飞任务提供技术支持.     

服务航天器超近程逼近目标的相对姿轨耦合控制

针对服务航天器超近程逼近目标的相对姿态轨道耦合控制问题,推导了耦合动力学模型并设计了相应控制律。通过引入描述相对运动构型变化的期望相对位置矢量和位置误差矢量,将相对轨道跟踪控制问题转化为调节器的设计问题。推导了考虑对接机构安装位置的相对姿态轨道耦合动力学模型。利用李雅普诺夫稳定性理论,设计了考虑未知有界干扰的相对姿态轨道耦合控制律。考虑控制输入受限进行数学仿真,结果表明所设计的控制律是有效的,并具有较好的性能。     

编队小卫星相对位置和相对姿态解算模型与精度分析

介绍了编队小卫星无线电相对位置姿态的测量方法，分别采用点估计法和随机滤波法建立了相对位置和相对姿态解算的数学模型，通过仿真给出了两种求取相对位置和相对姿态算法的解算精度。仿真表明，综合使用两种解算方法，可以提高相对位置和相对姿态的测量精度。     

基于轨道根数差的卫星编队自主定轨研究

设计一种应用于卫星编队的自主相对轨道确定方案。不同于目前广泛采用的Hill方程,采用轨道根数差的形式描述编队卫星间的相对运动规律,选择“无线电 激光”的组合测量方法,利用星间距离信息与方位信息作为观测量,设计扩展卡尔曼滤波器实现环绕星相对轨道的自主确定。仿真结果验证了这种导航方案的有效性。     

J_2摄动影响下椭圆参考轨道的相对运动模型研究

Hill方程和Clohessy-Wiltshire方程广泛用于解决编队飞行卫星的相对运动,这些方程的线性化基于三点假设：理想球体、圆参考轨道和相对距离足够近。这些假设带来较大的模型误差,没有考虑J2摄动的影响和椭圆参考轨道。针对这个问题,提出一种线性化的相对运动模型,充分考虑了J2摄动带来的相对运动长期漂移,以及利用J2摄动下瞬根与平根的转化,建立了基于初始瞬根和瞬根差的椭圆参考轨道相对运动模型。仿真结果表明该模型有效。     

基于LFM信号的分布式空间动平台定位技术

提出了一维测距结合二维测向的分布式空间动平台间相对定位方法。根据宽带正负斜率线性调频（linear frequency modulation，LFM）信号的时频特性，结合微波双向技术实现了动平台间的相对距离测量，并提出了测频率解相位模糊的短基线干涉仪高精度测向方法，解决了传统多基线干涉仪测角模型的概率性解模糊问题，同时对平台相对运动引起的多普勒干扰进行有效抑制。最终通过评估系统对该方法的定位精度进行了有效验证。     

椭圆轨道上目标监测绕飞轨道构型设计与构型保持

重点研究了对椭圆轨道上非合作目标进行长期绕飞监测的相对运动轨道构型设计与构型保持问题。利用轨道要素法建立了适用于目标轨道为椭圆轨道的相对运动模型,推导了以目标为中心的周期性绕飞运动的必要条件,考虑绕飞安全距离约束给出了满足目标监测要求的绕飞轨道设计方法,针对J₂摄动和大气阻力摄动作用对绕飞轨道构型的影响,提出了绕飞轨道构型保持脉冲控制策略,建立了燃料最省构型保持非线性规划模型。仿真结果表明, 所提出的构型设计方法简单有效,适用于对椭圆轨道上目标的绕飞相对运动分析,基于非线性规划方法的构型保持最优控制方法能够有效实现燃料最省绕飞轨道构型保持的高精度控制。     

地球静止轨道-低轨道最优异面转移方法

研究了轨道转移飞行器（orbital transfer vehicle, OTV）从地球静止轨道向低轨道的最优异面转移过程,提出了解析法和智能优化算法。在解析法中,完整地推导了最优转移轨道的求解方法,提出了最优转移轨道应满足的条件,并采用牛顿迭代法求解第1次速度脉冲应改变的轨道倾角。以离轨点位置、入轨点位置和转移时间为优化变量,采用遗传算法对最优转移过程进行求解,给出了遗传算法求解该优化问题的设计步骤,并将变轨过程在卫星工具包（satellite tool kit, STK）场景中进行了演示。仿真结果表明两种方法均能满足Lawden一阶最优必要条件。     

低轨回归轨道卫星轨迹漂移特性分析与控制

针对低轨回归轨道卫星,建立了星下点轨迹漂移的数学模型,研究了星下点轨迹保持控制的问题。首先,分析了回归轨道星下点轨迹的约束条件,给出了星下点轨迹漂移与卫星轨道根数偏差之间的关系。在此基础上,将星下点轨迹保持控制问题转化为基于平均轨道根数的相对轨道控制问题,其中参考卫星是虚拟的,仅受到地球引力影响,利用高斯摄动方程建立了包含J₂摄动和大气阻力摄动的相对运动方程,基于Lyapunov理论设计了星下点轨迹保持的相对平均轨道根数反馈控制律。仿真结果表明,所设计的星下点轨迹控制律能有效地实现星下点轨迹保持的要求。     

导航星座星间链路信号自适应捕获方法

针对导航星座星间链路信号动态特性和工作特点,提出了一种基于星历辅助的自适应捕获方法。该方法利用导航卫星自有的导航电文对接收信号到达时延、多普勒频移和信噪比进行估计,根据估计结果自适应调整信号捕获的搜索范围、非相干累加次数和判决门限,以减少捕获时间、提高捕获性能。给出了自适应捕获的设计思路和流程,并结合全球定位系统真实轨道数据进行了仿真。仿真结果进一步证明了所提方法的有效性。     

基于Petri网的导航卫星星座备份策略分析评估方法

针对北斗三号系统中轨道Walker导航星座的备份策略问题,提出基于随机时间Petri网(stochastic timed Petri net, STPN)的分析评估方法。通过构建单星、轨道面和导航星座的3层STPN模型,分析不同备份策略下星座运行的逻辑行为特性和操作事件的时序关系。建立导航星座的可用性模型和运行成本模型,作为导航星座备份策略的评估指标。最后,利用蒙特卡罗方法对所提出的分析模型的准确性进行评估,并在满足可用性的前提下以成本最小为标准,获得星座在不同条件下的最优备份策略。结果表明,该方法能有效分析不同备份策略对星座运行参数的影响,可为导航星座备份策略设计优化提供量化依据。     

基于磁强计的卫星自主定轨算法

为了降低自主导航的成本,针对近地轨道地磁场的特点,提出基于扩展卡尔曼滤波器的地磁导航算法,该算法综合IGRF模型建立了观测方程,根据地磁场的IGRF模型是基于地心固连坐标系的位置函数的特点,采用地心固连坐标系的卫星轨道动力学方程作为状态方程,构造出卫星地磁导航系统的导航模型。仿真研究结果表明,该算法的卫星地磁导航模型结构简单,描述能力更强,导航算法具有较好的稳定性和收敛性。     

弹目相对状态测量误差对拦截效果的影响分析

针对拦截弹中末交班过程中弹目相对状态测量误差引起的脱靶量变化问题, 在视线旋转坐标系下推导了弹目相对运动方程并进行解耦分析, 基于协方差转换法、连续离散混合系统的协方差描述函数法推导得到了弹目相对状态测量误差在末段传播的解析解及脱靶量均值、方差的计算方法。仿真解析计算与蒙特卡罗法计算结果一致, 并通过解析计算得到拦截弹相对状态测量误差与脱靶量的对应关系以及为实现拦截可允许的相对状态测量误差集。同时，仿真结果可为拦截弹中末交班信息测控精度、加速度饱和限制设计等工作提供技术参考。     

基于飞行体间精确测距的动态相对定位方法

飞行体间的精确相对定位是实现飞行体协同工作的重要技术基础。提出了一种将飞行体惯导信息与相对距离测量信息相结合、实现两飞行体间精确动态相对定位的算法。首先利用较为精确的相对距离测量信息对两飞行体惯导系统的相对误差进行单次修正,提高了两飞行体间的单次相对定位精度。然后,利用相对距离信息进行相对机动状态的检测,并根据检测结果对状态滤波模型进行选择和切换,实现飞行体间的动态相对定位。仿真结果表明,本算法具有较高的相对定位精度和稳定性。     

基于改进多圆锥截线的月地返回轨道快速设计方法

针对返回近地空间站的月地转移轨道优化问题,提出一种基于改进多圆锥截线的高精度轨道设计方法。该类问题与再入大气月地轨道设计不同,需要考虑空间站轨道面约束。首先分析飞行任务过程,基于逆步长积分策略建立优化模型;然后根据地月位置关系,提出近月点窗口和轨道设计参数的初值估计方法;最后对多圆锥截线法进行改进,并与高精度轨道模型相结合,精确快速求解月地转移轨道。仿真算例验证提出的轨道优化策略具有较好的收敛特性和计算效率,并揭示了返回窗口、近月点出发域和速度增量的变化特性和规律。