近地卫星网的费用分析

本文对在近地轨道上建立与保持卫星网的费用进行了简化分析。文中将总费用分为发射费和卫星费两部分,重点对卫星费作了分析。卫星费又分为研制费和产品费,分别建立了发射费、卫星研制费和卫星产品费的数学模型,讨论了建网与保网总费用与卫星设计寿命和寿终卫星的接替方式的关系。在某些情况下,找出使总费用为最小的卫星设计寿命。     

侦察卫星作战过程仿真及侦察效果评估

建立了侦察卫星星下点坐标计算、覆盖区域计算以及作战对象是否在覆盖区域判断等模型,在此基础上,完成了侦察卫星作战过程仿真模型,实现了该仿真系统。通过对大量仿真试验数据的分析研究,对影响作战对象被卫星侦察发现的因素进行了分析,并建立了各种侦察卫星对不同类型作战对象侦察效果的评估模型。     

天地一体化任务中升空平台的时空特性仿真

针对天地一体化任务的实际需要,建立了卫星轨道计算与升空平台时空特性分析模型,在卫星轨道计算与星地可通信性分析的基础上,提出了升空平台执行天地一体化任务的时空条件分析以及升空平台的任务执行时机和位置的选取方法。以无人机作为升空平台,构建并实现了升空平台用于天地一体化任务的时空覆盖分析与仿真程序。验证了仿真程序的轨道计算数据的可用性,并对仿真结果中的无人机航迹数据进行了比较与分析。     

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。     

天基信息获取任务规划模型研究

以成像侦察卫星为例研究了多卫星多任务天基信息获取任务规划技术.首先对相关现状、天基信息获取的用户需求、约束条件进行分析,其次基于约束满足理论建立数学模型,再次设计了针对该模型的遗传算法,最后通过一个仿真算例检验了相关研究成果.     

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。     

成像侦察卫星识别目标能力分析

为分析成像侦察卫星的作战效能,针对光学成像侦察卫星和SAR卫星,建立了卫星识别目标的概率模型。在光学成像侦察卫星识别目标能力的模型中,引入效用函数确定由于光照、对比度、气象、卫星姿态稳定度等因素对其识别目标概率的影响。在SAR卫星识别目标能力的模型中,利用等效分辨率,并考虑了其识别目标的效用。仿真结果表明利用所建模型得到的结果与侦察实践的结果基本一致。     

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。     

GEO-LEO双站SAR地面分辨特性及轨道构型分析

针对地球同步轨道卫星发射低轨道卫星接收的新体制双站合成孔径雷达(geosynchronous-earth-orbit-low-earth-orbit bistatic synthetic aperture radar,GEO-LEO BiSAR)具有收发平台轨道差异大、空间大尺度异构等特点,对地面分辨特性和轨道构型进行了分析。文中从收发平台的空间几何关系出发,深入分析了地面二维分辨率和分辨率方向角等性能,给出在不同观测模式下的构型约束规律,并规划了轨道构型设计方案。仿真实验结果验证了理论分析的正确性。     

考虑发射失败的多中心多卫星发射任务协同规划方法

在中国未来卫星发射需求急剧增加和卫星发射中心发射能力有限的情况下,为多颗卫星协调发射中心和发射时间变得日趋困难。为解决大量卫星发射任务的协同规划问题,以发射成本最少、发射失败概率最低为优化目标,建立了多中心多卫星发射任务协同优化的多目标混合整数规划模型。基于非支配排序的多目标优化算法(non-dominated sorting genetic algorithm II, NSGA II)框架,设计了求解模型的多目标进化算法,提出了发射中心选择的整数编码方案,给出了基于启发式搜索的发射时间规划解码算法,并设计了染色体质量检查与修正算法。基于中国现有的4个卫星发射中心和可能面临的6类发射任务,设计了包含10颗卫星发射任务的小规模案例和30颗卫星发射任务的大规模案例,对模型和算法进行了仿真验证。实验结果表明该方法能有效解决多中心多发射任务协同规划问题。     

基于Markov链互模拟的航天器发射任务可靠度模型

状态空间复杂、多过程并发执行和子过程反复迭代的特点, 使航天器发射工程实施全过程的任务可靠性评估难以量化. 通过构建多个并发执行的时间连续的Markov链对航天器发射工程状态转移约束关系进行描述, 采用互模拟时间等价关系简化航天器发射工程实施过程的状态空间, 利用连续时间Markov链的概率转移特性进行建模与分析, 得到了全系统、全过程的航天器发射任务可靠度模型. 数值验证表明该模型可用于航天器发射任务工期推演、可靠度评估以及薄弱环节分析.     

非常规突发事件应对任务的机会约束规划

非常规突发事件破坏力巨大, 极少出现或者不会出现预兆, 是历史罕见事件, 具有极度不确定性. 因此非常规突发事件应对任务是一个不确定决策问题. 非常规突发事件的应对任务可以分解为紧急补救任务和控制恢复任务. 在分析紧急补救任务和控制恢复任务的不确定属性的基础上, 建立了非常规突发事件应对任务的极大值不确定机会约束规划模型. 该模型是在应对任务成本的机会约束下, 极大应对任务净收益的乐观值. 最后, 通过大规模停电应对的算例, 演示了机会约束规划模型在应对任务规划中的应用途径.     

远程多管火箭发射动力学仿真

远程多管火箭发射动力学仿真是进行远程多管火箭动态设计和提高武器系统性能的前提。对某简易控制远程多管火箭发射与控制动力学进行了深入的理论、计算和试验研究,建立了远程多管火箭刚弹耦合的多体系统发射动力学模型和发射动力学方程。在远程多管火箭发射动力学理论研究的基础上,形成了远程多管火箭发射动力学数值仿真系统。对远程多管火箭在发射过程中振动特性和动力响应进行了数值仿真,仿真结果得到了试验结果的验证。     

基于METRIC理论的超大规模卫星星座多级备份策略

针对超大规模卫星星座可能出现的运行维护成本高、任务可用度低的问题, 结合卫星批量化生产以及采用一枚火箭将多颗卫星送入轨道(一箭多星)的现状, 基于可维修备件多级保障库存技术(multi-echelon technique for recoverable item control, METRIC)提出一种超大规模卫星星座多级备份策略。首先, 阐述了基于METRIC理论的卫星星座多级备份策略模型的原理, 备份策略同时考虑地面备份、停泊轨道备份以及星座轨道备份3种备份模式, 建立了考虑卫星年平均需求量、期望需求量与期望短缺数的星座可用度模型, 包含制造费用和发射费用的星座备份费用模型,以及以星座可用度为约束, 星座备份费用为优化目标的数学优化模型。然后, 以某型超大规模低轨卫星星座为案例研究对象, 使用遗传算法和边际分析法进行求解。最后, 讨论了遗传算法与边际分析法在求解该优化问题时的优缺点。结果表明, 在同一星座可用度指标下, 采用星座多级备份策略可比采用传统两级备份策略有效降低每年备份费用; 在保证星座可用度的前提下大幅降低了超大规模卫星星座的备份费用, 可为精确配置各级备份卫星数量提供参考。     

基于AMPL的多成像卫星任务调度与规划

成像卫星调度问题是利用在太空中运行的多个对地观测卫星,根据用户的需要,最大限度利用卫星系统的资源实现对地面目标进行观测。该系统涉及多个成像卫星的调度和规划,因此一直以来都是一个富有挑战性的课题。在分析成像卫星工作原理和调度任务约束条件的基础上,首先建立了一个满足多卫星、多监测目标的混合线性模型,并对模型的合理性加以论证。其次,采用一种数学建模语言(a mathematical programming language,AMPL)解决该调度问题的新方法以应对目前约束规划问题求解方法多样、求解性能差异大的问题,并对从卫星工具包上得到的数据进行实验。该建模语言可以根据模型种类,智能调用各类综合多种成熟算法的解法器。实验结果显示,相对于常用求解算法,该方法更加有效地解决了中短期卫星的调度问题。     

正交圆轨道星座设计方法研究

讨论了全球覆盖正交圆轨道星座设计方法.推导了极轨道星座实现球冠覆盖时星座参数的精确计算公式,分析了精确计算公式与Beste的近似计算公式之间的关系,明确了近似计算公式的应用条件.提出采用极轨道星座结合赤道轨道星座构建全球覆盖正交圆轨道星座的思想,推导了正交圆轨道星座的参数计算公式,给出了一些星座方案,并与全球覆盖极轨道星座进行了覆盖性能的分析和比较,说明了正交圆轨道星座设计方法的有效性.     

完成时间限制下的任务-平台关系设计模型及算法

针对指挥控制组织结构设计中任务-平台关系的设计问题,提出了一种使命完成时间限制条件下的问题的设计模型及其求解算法。分析了使命完成时间限制条件下任务-平台关系设计(task platform relation design under mission completion time constraint, TPRDTC)问题的约束条件,建立了以使命执行质量的值最大为目标的问题数学模型。设计了用于求解该模型的循环多动态列表规划(multi-dimensional dynamic list scheduling, MDLS)算法,给出了该算法的详细步骤和流程。最后通过一个联合作战的战役案例,分析并验证了循环MDLS算法对求解TPRDTC问题的有效性和适用性。     

可重复使用运载器多约束鲁棒预测校正制导

针对可重复使用运载器(reusable launch vehicle,RLV)再入段常规约束、航路点约束、倾侧角速率约束和参数不确定问题,提出一种多约束鲁棒预测校正制导方法.首先,利用改进准平衡滑翔条件将常规约束转化为倾侧角幅值约束.其次,提出基于二分法快速迭代确定倾侧角翻转位置的航路点制导律,并将翻转速率约束转化为关...     

无航路规划能力的反舰导弹盲目射击

盲目射击方式一般是具备航路规划能力的导弹所采用的,但无航路规划能力的导弹通过选择合适的攻击方式同样可实现盲目射击,给出了这类导弹盲目射击时攻击方式的计算模型,并进行了仿真。根据仿真结果分析了各种因素对最佳攻击态势的影响,结果表明：当导弹数量较少或敌方对抗火力较强或目标散布区小于一个导弹导引头的搜索宽度时,所有导弹应朝目标散布中心射击;当目标位置不确定性较大,即散布区较大时,应将导弹平均分配给计算得到的多个瞄准点;当目标散布区为一个圆时,导弹攻击方向不影响攻击效果。     

基于混合多目标进化算法的多无人机侦察路径规划

由于侦察任务的复杂性和不确定性,无人机对其目标的侦察时间往往是不确定的。将多无人机对观测时间不确定目标的侦察路径规划问题建模为使任务时间、编队总耗时和编队规模同时最小化的多目标优化路径规划问题。对此,在基于ε 占优的稳态多目标进化算法基础上引入多目标局部搜索,给出了混合ε 占优多目标进化算法,提出了一种使用插入最近点方法的启发式遗传操作。实验结果表明,算法能够有效解决所研究的问题,并且其优势随着问题规模的增大而显著。