卫星任务分析与轨道设计数字化平台

针对卫星一体化、数字化设计的趋势,以通用卫星分析工具STK(SatelliteToolKit)为基础,利用STK/CON模块提供的接口功能,把面向用户要求的轨道设计程序与STK强大的演示和验证功能通过VC 编成的外部命令结合起来。在针对用户不同任务要求基础上实现了集设计、分析、仿真、验证和强大数据功能于一体的卫星任务分析与轨道设计数字化平台。该平台可以实现卫星轨道设计的全数字化、快速化、可视化以及多功能性,为卫星轨道设计方案的优选、优化和验证提供基础。     

快速侦察任务响应时间分析与轨道设计

提出以任务响应时间为指标设计侦察任务和卫星轨道。给出了侦察卫星采用近地快速覆盖轨道执行快速侦察任务的流程,讨论了数据回收站的布设原则和发射场的选取方法,分析了数据回传对发射轨道的约束和光照条件对发射窗口的约束。在此基础上分析了侦察任务的响应时间,设计了快速侦察任务的最优轨道,使任务响应时间最短。在光照约束条件下,快速侦察任务的最大响应时间为1天。仿真算例验证了近地快速覆盖轨道的快速响应能力。     

纳卫星轨道热环境仿真分析

轨道热环境分析对于纳卫星热控系统的设计与仿真研究具有重要意义。针对进行纳卫星轨道热环境分析的关键问题,通过详细的数学分析,建立起计算简单、便于应用的纳卫星本体质心坐标系内的太阳向量、地球向量的仿真计算模型,以及外热流分析所必需的其它时变空间几何参数的计算方法,满足了纳卫星热控系统的在轨仿真计算中快速、简便的进行太阳辐照、地球辐照、地球反照等外热流计算的客观需要,进而应用上述模型和方法对一椭圆轨道近地空间探测纳米卫星的轨道热环境进行了仿真计算,并对其结果进行了详细的分析与讨论。     

跟踪与数据中继卫星系统星座构形的仿真初探

本文概述了跟踪与数据中继卫星系统的定义与优越性,分析了影响我国数据中继卫星网星座构形的主要因素,提出利用卫星工具包(STK)软件实现仿真分析数据中继卫星网星座构形的方法与步骤,并设计了高、中、低三种轨道中继卫星与用户卫星之间的可见性分析仿真实验,最后,初步分析了仿真实验获得的数据,并根据仿真结果提出了我国跟踪与数据中继卫星系统星座构形的初步设想。     

基于伴随星的多模式最优接近研究与仿真

利用最优控制理论编制了在伴随轨道下对中心卫星的固定时间连续推力的最优能量轨道转移程序,通过不同终端条件的设定,该程序应用于对中心卫星不同交会形式。仿真分析了卫星在低地轨道运行中所产生的建模误差,研究分析了不同初始条件对中心卫星最优接近的能量影响以及在不同初始条件下最优轨道的特点。     

多重不确定因素影响的高端装备研制任务仿真建模

针对高端装备研制任务影响因素多、不确定性大、网络结构复杂等特点,采用蒙特卡罗仿真方法模拟其执行过程,用以估算研制任务的工期、成本、返工次数、失败率等。综合考虑子任务的工期和成本的不确定性、子任务之间的各种关系以及执行过程中的自环、返工迭代、重叠、失败、学习效应等,改进资源冲突处理规则,基于设计结构矩阵建立仿真模型,并实现了仿真算法。以某无人机研制任务为例进行应用研究,对仿真输出的工期、成本、返工次数、失败率等数据进行分析,并与相关文献中的数据进行比较。     

基于VORONOI图的无人机航迹规划

无人机的航迹规划对发挥无人机的自主飞行和执行任务中起着至关重要的作用。在分析VORONOI图的性质基础上,以无人机仿真环境中作战想定与任务规划成员为背景研究基于VORONOI图的航迹规划技术。重点讨论了如何根据威胁分布的VORONOI图建模,计算航路代价,航迹搜索和航迹优化。最后总结了算法的优缺点,提出算法的改进新方法。     

基于VxWorks的卫星实时数学仿真平台

介绍了一种卫星数学实时仿真平台。详细说明了仿真平台四台工控机的软硬件配置和作用。仿真平台将星载机模型和卫星其他模型分开,模拟了敏感器和执行机构与星载机之间的通信。使用了VxWorks实时操作系统和CAN总线,保证了仿真的实时性。合理地使用CAN总线、网络通信和串口通信,用于不同的通信任务,模拟了卫星的遥测遥控功能,实现了对仿真平台的监控功能。根据仿真平台的设计理念,提出了一种可以经过转换用半物理仿真的数学仿真平台。     

基于STK的微小卫星姿态控制可视化演示与验证

为了探索微推进器用于微小卫星姿态控制的可行性方案,需要开发微小卫星姿态控制过程的可视化演示与验证平台.以某型号微小卫星为仿真对象,利用Matlab设计了卫星俯仰通道和滚动/偏航通道的姿态控制模型,并实现了卫星姿态控制的数据仿真.基于STK中的STK/Connect模块,实现了卫星姿态控制过程的可视化演示.在可视化过程中,结合某型号微小卫星的案例数据,验证了所设计的卫星姿态控制模型与可视化程序.     

卫星星座导航数学仿真系统及其关键技术研究

为了研究卫星导航系统的星座覆盖性能,信号链路、时间系统等关键技术和性能指标,有必要建立导航星座仿真系统,完成导航星座系统在各种模式下的工作状态模拟并对其结果进行分析和评估.论述了基于高层体系结构(HLA)仿真平台下的卫星星座导航数学仿真系统的总体设计,介绍了卫星导航星座分系统以及仿真支撑环境的功能.在此基础上,分别对仿真时间的推进策略、数据分发管理、仿真时间同步以及卫星轨道确定等关键技术进行了分析与研究.试验结果表明,本文设计的仿真系统及采用的若干关键技术,能够很好的满足仿真与评估的需求,对我国北斗卫星导航系统的研制具有重要的参考价值.     

小偏心率空间碎片天基短弧定轨方法和实验

低轨空间碎片数量巨大, 对航天器在轨安全运行造成严重影响。天基光学是空间碎片观测的重要发展方向。低轨天基光学观测平台观测低地球轨道空间厘米级碎片的观测弧段相对较短, 由单个观测弧段难以确定目标的初始轨道, 初始轨道的误差也不容易评估。本文基于可行域方法, 建立了初始轨道确定和误差估计算法。针对天基短弧光学观测数据的初始轨道不易确定的问题, 本文提出了圆轨道辅助可行域方法。通过与商业遥感卫星合作, 利用遥感视频星开展了低轨空间碎片观测实验, 并利用天基实测数据对所提出的计算方法进行了验证, 为后续利用初始轨道进行弧段间关联奠定了基础。     

摄动情况下有限推力轨道转移与交会联合优化

远程轨道转移与近程交会是空间交会任务的两个重要阶段,前后衔接,但研究模型不同,任务约束要求差异很大,经常只能分别优化设计。研究摄动情况下的有限推力轨道转移与交会联合优化设计问题,建立了精确的有限推力轨道转移和空间交会模型,推力幅值恒定,优化性能指标均为时间最短。采用Gauss伪谱法将两个最优控制问题分别转化为非线性规划(nonlinear programming,NLP)问题,再建立其联系,构建成一个NLP问题,获得整体优化。最后,通过一个仿真算例,验证了有限推力异面轨道转移与空间交会联合优化,求解过程和结果表明,该方法对初值敏感度小、鲁棒性强、收敛快,满足各类约束条件,能为相关的多阶段整体优化问题求解提供参考。     

基于二体理论的远程拦截中制导修正

针对临近空间高超声速目标拦截弹交接班区域较高时的作战情景,参考轨道拦截理论,以高抛再入型拦截弹道为基准,将拦截弹运动视作二体运动,设计了远程拦截制导算法。首先,将复杂的运动模型进行简化,再根据受力分析将模型转换为二体轨道模型。然后,利用航迹角迭代法求解了Lambert问题,得到变轨需用速度,在轨道模型中提出通过调整速度至变轨需用速度完成拦截任务。最后,分析了拦截弹机动时推力有限带来的过渡段机动问题,提出采用速度增益制导法解决此问题。仿真结果表明,在高空域气动力微弱条件下,将拦截弹运动模型视作二体轨道模型是可行的,速度增益制导算法不仅能有效解决过渡段机动问题,而且针对预测拦截点变化的情况也具有良好的收敛性,能够完成临近空间的中制导拦截任务。     

Discussion on data-security of space-earth integrated network and analysis ofspace communications protocol standards

1.INTRODUCTION ItisnaturalforustoapplyTCP/IPtonewenviron ments.ButforInternetsomekeyassumptionsare madeabouttheperformanceoflower levellinks:an end to endpathexistsbetweenadatasourceandits goal;themaximumback and forthtimebetweenany pairofnodesisnotverylong;andtheend to end pathlossprobabilityisverysmall.Unfortunately,spacecommunicationnetworkviolatesoneormoreof theseassumptions.SotheTCP/IPmodelcan’twork properlyinthespacenetwork.Thecharacteristicsofthespacecommunication networkared…     

单脉冲最省能量拦截轨道迭代算法

最优拦截轨道解算是航天器在轨拦截问题中的重要内容,是天基武器研发中需要解决的核心技术难题之一。由于轨道解算方程和拦截方程是隐式非线性方程,因此很难用解析的方法进行分析和计算。针对非固定拦截点条件下的拦截轨道优化问题,分析讨论了拦截轨道参数和拦截器变轨点特征速度随拦截时间和拦截真近点角的变化规律。在此基础上,研究了由拦截轨道的真近点角反向求解拦截初始参数问题,并设计了能量最省拦截轨道的快速迭代算法。最后通过仿真,验证了算法的可行性和快速性。     

空间机械手模拟器系统设计与实验研究

空间机器人系统复杂,需要在地面进行充分的实验以验证和评估其设计方案和控制算法。为了对系统方案中各部件电气接口设计的有效性、信息传递的正确性进行检验,同时,演示验证信息管理、任务调度的实时性,以及在轨执行任务的能力,设计并研制了一套空间机械手模拟器系统。该系统由空间机械手中央控制器模拟器、关节电模拟器、手爪电模拟器、手眼相机电模拟器、图形仿真器、空间机械手动力学模块和信息调度仿真器组成,各部件之间的电气连接与星上实际系统一致。通过HLA/RTI(Run Time Infrastructure)仿真支撑环境与航天器姿轨控系统进行信息同步和交互,实现了空间机器人在轨任务的仿真。最后提出了一种空间机器人在轨协调控制方法,利用该系统进行了空间机器人协调控制圆弧实验,实验结果表明该系统设计合理、运行稳定,采用的协调控制方法可行有效。     

基于天基空间目标监视系统的定轨技术研究

天基空间目标监视系统是进行空间目标监视与跟踪的重要发展方向,通过对美国即将运行的空间目标监视跟踪系统(SBSS)的分析,按照其设计思想和运行环境,仿真实现了SBSS对空间目标的定轨功能.设计了SBSS系统覆盖区域的简易算法,可以快速准确判断目标的可观测区域,为星座设计提供必要的支持.针对星上计算机能力有限的特点,提出了基于拉格朗日5点法求状态转移矩阵的定轨算法.仿真试验证明,SBSS系统对空间目标的覆盖区域比地基监视系统显著增加,同时,改进的定轨算法可显著缩短定轨时间、提高定轨精度,其中低轨道空间目标定轨误差10米,高轨道空间目标定轨误差500米左右.     

水面舰水声对抗综合仿真环境研究

在水声对抗仿真研究中,由于依据声纳方程建立的声抗模型误差较大,因此可通过信号仿真及半实物仿真方法来提高模型精度,但这将为水声对抗仿真环境的构建带来较大困难。为了尽可能真实地评估水面舰水声对抗系统对抗来袭鱼雷的作战效果,建立了包括作战平台、声抗平台以及半实物平台的水面舰水声对抗综合仿真环境。本文给出了构建该综合仿真环境的解决方法,并介绍了该环境中的三个子环境的组成及作用,而后描述了本综合仿真环境的功能及运行效果。该综合仿真环境的构建,对提高评估结果的可信度以及水面舰水声对抗系统的研制和使用有着重要的意义。     

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。     

矢量法确定星载SAR多普勒参数

用矢量法对星载SAR的Doppler参数进行分析.从卫星的地理位置出发,建立了卫星运动特性同空间的几何关系,推导出多普勒质心、多普勒斜率的矢量计算公式.给出了仿真结果,描述了卫星的运动状态同星载SAR成像质量的关系.