卫星编队构形重构的螺旋控制策略

系统地探讨利用螺旋控制策略实现卫星编队的构形重构问题，并给出等速螺旋控制、加速螺旋控制、对数螺旋控制、加速对数螺旋控制等几种可行的控制策略．首先将相对运动方程的解看作某种螺线，代入到Hill方程中，推导出控制律，并进行仿真分析；继而通过理论推导，探讨初始状态和构形重构时间对重构结果的影响，给出构形重构条件；然后对各种螺旋控制策略进行比较；最后通过一个三星编队的构形重构实例，验证了利用螺旋控制策略实现卫星编队构形重构的优良性能。     

J2摄动影响下的卫星编队稳定性分析、仿真与构形设计

从坐标变换矩阵入手，得到小偏心率参考轨道卫星编队较精确的相对运动分析解，继而深入地分析在地球J2项摄动影响下编队构形的破坏机理并对构形破坏做出层次上的划分，为进一步地研究编队构形保持与控制方法提供思路；以此为基础，提出使卫星编队构形稳定的轨道约束条件，同时得到基于三轴(即参考卫星轨道的径向、沿迹向、轨道面法向)振动同步的编队构形设计方法；最后，通过使用STK软件的数值仿真证实了以上分析的正确性和方法的有效性。     

自主运行卫星编队构形重构控制策略仿真分析

采用模糊逻辑控制器与LQR相结合的控制策略来解决自主运行卫星编队构形重构问题。首先,基于Hill方程,利用LQR理论设计控制器;然后,设计模糊逻辑控制器,利用编队运行中的导航信息、通信信息以及任务优先级信息,对控制器增益进行模糊调节。该控制策略可以有效实现编队构形重构,且能在燃料消耗量与任务优先级和构形差异之间达到折衷。仿真结果表明了方法的有效性。     

星载SAR干涉测量中伴随卫星编队构形保持与姿态控制的协同

研究星载SAR干涉测量中伴随卫星编队构形保持与姿态控制的协同问题。首先,简介主SAR卫星与伴随卫星编队所构成干涉测量系统的工作原理,当主SAR卫星施加偏航导引补偿多普勒频移时,为实现波束指向同步,伴随编队需进行构形与姿态的协同控制。给出协同控制框架结构图,通过设置轨道协同规划器与姿态协同规划器明确了解决方案;进而从构形规划、姿态规划、构形与姿态协同控制三方面具体地阐述伴随编队的协同控制技术。最后对构形保持、姿态规划和姿态控制进行数值仿真,结果表明伴随编队的协同控制满足波束指向同步要求,所提出的协同控制方案具有可行性。     

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。     

J2摄动下编队构形保持脉冲控制方法

针对卫星编队轨道构形在J2摄动干扰作用下被破坏的问题，给出了两种构形保持脉冲控制策略。首先，分析J2摄动对编队卫星相对轨道要素的影响，即J2摄动使相对升交点赤经、近地点辐角和平近点角产生长期漂移。然后，结合高斯摄动方程，分别设计了切向加法向脉冲和径向加法向脉冲两种控制方法修正从星升交点赤经、近地点辐角和平近点角的偏差，从而实现卫星编队的构形保持。数值仿真结果表明，两种方法都能够有效地修正编队构形偏差，且采取切向加法向脉冲的构形修正方式更有利于节省燃料消耗。     

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。     

编队干涉SAR系统空间构形倾角确定准则研究

基于直角坐标系三维相对位置表示系统空间基线,提出了编队干涉SAR系统的构形倾角选择原则.以编队系统相对运动特性为出发点,从InSAR成像几何角度建立了编队干涉SAR系统高程测量模型并推导了系统高程测量误差影响模型.进而,给定空间基线各分量测量误差,在有效基线和投影基线固定情况下分别推导了系统构形倾角与高程测量误差的关系并进行了理论分析.数学仿真结果表明:当系统有效基线长度固定时,可以近似认为系统构形倾角不影响高程测量精度;当系统垂直于飞行轨迹向投影基线固定时,取系统构形倾角近似等于雷达波束中心视线角可以使基线测量误差对高程测量精度影响最小.     

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。     

状态制约系统及线性状态制约系统的调整优化

在管理和对有关事物的调整方面,状态制约系统是重要的和十分常见的一类系统．本文讨论了状态制约系统的概念和特点,定义了关于状态制约系统的基本概念,提出了对线性状态制约系统的状态调整的优化方法．     

卫星编队构型设计可视化系统

为实现更自然的卫星编队构型设计,采用OSG(Open Scene Graph)技术建立了卫星编队飞行轨道构型设计过程三维显示场景。虚拟现实技术使抽象的理论设计可视化,实现了虚拟环境下的人机对话。基于HLA(High Level Architecture)下的RTI(Run Time Infrastructure)通讯协议平台,确保了交互通讯的流畅性。采用语音识别、数据手套、图像识别等多种人机交互模式,解决了鼠标键盘操作的枯燥性,让使用者产生沉浸感,满足了不同使用者的操作要求,降低工作人员的疲倦感。     

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。     

求解约束优化问题的动量粒子群算法

为解决约束优化问题,提出使用双可行域吸引子策略改进动量粒子群算法。该算法只需初始种群中有一个粒子位于可行域内,随着搜索过程的进行,整个种群自动进入可行域内搜索。一方面,在搜索过程早期,由于可行域内粒子少,所有粒子移向相同的吸引子,整个种群迅速进入可行域内。另一方面,随着进入可行域粒子的增多,由于每个粒子使用距本身最近的可行域吸引子,较好地维持了种种群的多样性,避免早熟现象的发生,使算法具有较好的寻优性能。与国际上当前解决约束优化问题的粒子群算法在4个标准约束优化函数上测试比较,实验结果表明本算法取得的最优值要优于其它粒子群算法。

Abstract：

The strategy that two good positions in feasible region worked as attractors was incorporated into momentum particle swarm optimization algorithm in order to resolve constrained optimization problems. The resulting algorithm only requires that one of the initial particles is in the feasible region, and then all particles in the swam automatically move into the feasible region. On the one hand, in the early iterations few particles appear in the feasible region and hence all particles move toward the same attractors, so the particles soon enter into the feasible region. On the other hand, as the number of particles in the feasible region increases, each particle adopts the most near attractor so that each particle has different attractor. Therefore, the algorithm maintains the diversity of the population, alleviates the premature, and hence achieves good performance. The algorithm is compared with other particle swarm optimization algorithms on four benchmark functions. The experimental results show that the solution of the algorithm is better than that of others.     

采用遗传算法的中轨区域通信星座优化设计

区域通信星座的研究具有重要的现实意义，给出一种利用遗传算法设计中轨区域通信星座的方法。首先分析、确定中轨通信星座优化涉及的轨道控制参数，然后讨论了星座覆盖性能的评价准则，对星座系统的轨道控制参数集进行二进制编码后，利用遗传算法来获得对服务区具有最佳覆盖性能的星座类型。为了验证该方法的有效性，选择我国本土的一块区域，以最大覆盖率为目标进行仿真，结果表明该方法可以在给定条件下获得性能良好的星座方案。     

基于多Agent技术的卫星星座设计分析

利用自治的卫星星座编队飞行、协同工作来完成复杂的空间任务已经有了越来越强的需求。本文介绍了多Agent技术和多Agent设计与仿真环境ObjectAgent,论述了如何利用多Agent技术进行卫星星座的设计分析,内容包括Agent的定义与实现,多Agent的组织结构,以及多Agent建模方法。     

求解整数规划问题的微粒群算法

针对整数规划问题的特点,提出了一种在整数空间中进行进化计算的PSO算法,使微粒群的进化限于整数空间.仿真实验结果验证了方法的正确性与有效性.