利用参照轨道要素设计卫星编队轨道

利用球面几何方法,引入参照轨道要素概念,给出其定义,并推导了用其描述的从星相对运动方程的精确形式。在主星偏心率为零时,根据编队飞行中相对轨道倾角很小的特点,对相对运动方程进行简化并分析相对运动的特征。设计了由一颗主星和六颗从星构成合成孔径静止侦察卫星的编队应用,给出编队队形特征和主星的轨道参数,从相对运动方程计算出编队中的六颗从星的轨道要素。数值仿真结果表明:简化的方程具有很高的精度,对编队队形设计问题完全适用。     

太阳帆悬浮轨道附近的编队

研究了利用太阳帆实现悬浮轨道附近编队飞行。考虑到相对运动距离与帆到太阳距离相比非常小,一阶近似得出了在主星坐标系中线性定常的相对运动方程。通过分析线性化的运动方程得出了相对运动的定性特征,给出了不同轨道附近的相对运动的稳定特性。讨论了原非线性相对运动方程的周期解的计算算法,给出了编队的初值条件。     

卫星编队飞行中的队形设计研究

目前关于卫星编队飞行的研究有显著的增加。多颗从属卫星(从星)在近距离内与主卫星(主星)组成特定的队形以完成相应的任务,是卫星编队飞行的特点及潜在优势。卫星在编队飞行时,其队形定义为以各颗卫星质心为顶点所构成的几何形状,而队形设计则是根据队形的几何形状求出各卫星的轨道根数(其中主星的轨道根数可以根据任务的要求事先确定)。基于相对轨道根数法,根据卫星相对运动方程,提出了“自然队形”的概念及队形设计的一般方法,并给出了具体的例子。     

椭圆参考轨道的卫星编队队形保持控制设计

以Lawden方程作为动力学模型,建立状态方程,利用线性二次型性能指标最优控制(LQR)对卫星编队队形进行保持控制。首先对近地轨道的主要摄动J2项摄动和大气阻力摄动进行描述,得到了影响编队队形的相对摄动的表达式。然后通过合理的选择控制加权矩阵R,用无约束的线性二次型优化方法解决了电推力火箭有控制约束的优化问题。仿真结果表明,这种控制方法是有效的。     

大偏心率远距离航天器编队飞行设计

为寻求适用于大偏心率远距离航天器编队设计的方法,摒弃了简化航天器相对运动非线性微分方程的传统思路,致力于简化该微分方程的解析解。首先,在同周期假定前提下,由运动学得到了椭圆轨道航天器相对于圆轨道航天器运动的封闭解析解,然后将其展开成傅立叶级数,证明了在特定条件下,单倍频项是最主要的,从而导出了编队飞行设计的新公式。最后以空间圆形编队设计为例,阐明了利用新公式进行编队设计的步骤,并用精确的数值计算验证了设计结果的正确性。与C-W方法和一般轨道参数设计方法相比,推导过程中并未采用小偏心率近距离假定,因此导出的新公式可适用于大偏心率远距离航天器的编队设计。     

卫星编队飞行中Lawden方程的误差分析

从Lawden方程的建立着手,分析了方程的模型误差。通过对Lawden方程与数值积分两种方法得到的相对轨迹进行比较,指出了Lawden方程解的非周期性,以及为满足解的周期性而选取的初始条件是一个与满足长期编队条件没有必然关系的强制条件。并通过计算从星能量变化确定方程解的精度,提出了通过约束相对轨迹的大小来保证设计精度这一控制误差的方法。仿真结果证明了方法的正确性。     

卫星星座自主时间同步算法的研究

主要研究了空间卫星间时间同步的方法.在分析了卫星星座的特点和空间时间同步的要求后,提出了一种新的卡尔曼滤波方法来实现星座内卫星间的时间同步,并得到整个星座的系统时间.该方法通过伪距测量得到各卫星间的伪距,用卡尔曼滤波器得到卫星间的钟差和频率差,再对这些钟差和频率差进行加权统计平均,得到星座的系统时间,并以此结果修正卡尔曼滤波器参数,循环渐进优化预测结果,使整个星座内的卫星钟同步于星座的系统时间.对该方法进行仿真后,结果表明具有良好的收敛性和准确的预测值.     

坐标测量机几何要素通用构造原理研究

本文研究坐标测量机中七项基本几何要素的构造方法，提出了实体要素与逻辑要素的参数化模型，研究了各类逻辑操作的参数方程，为在坐标测量机应用软件中采用参数法管理几何要素、构造几何要素模块和扩展几何模块奠定了基础。     

三体绳系卫星面内编队飞行的回收控制

绳系卫星编队飞行根据构形的不同可分为三种类型:轴-辐型(Hub-and-Spoke),闭轴-辐型(Closed-Hub-and-Spoke)和串型(Series Configuration).研究了面内轴-辐型三体绳系卫星编队飞行时的最优回收控制问题.通过伪线性化和Legendre伪谱算法,将绳系卫星编队系统的非线性最优控制转化为一组线性方程的迭代求解问题.针对不同回收初值及回收初值受扰情况,计算了绳系卫星编队飞行的最优控制张力和飞行轨迹.     

一种高效的LEO卫星星座路由算法

针对由小卫星组成的低地球轨道(LEO)卫星星座网络的星上计算能力和存储资源有限,以及传统的星座路由算法虽能很好地适应网络的动态性但对星上计算能力和存储资源的要求都较高的问题,在基于对实际LEO卫星星座网络充分分析的基础上,提出了一种基于离线计算的简洁高效的路由算法.该算法在保证路由有效性的前提下,能够通过使用备份路径来提供流量自适应机制.复杂性分析和仿真结果表明,该算法只需较小的星上存储开销和星上处理开销,而且具有较好的端到端时延性能.该算法简洁、高效的特点使其能作为实际LEO卫星星座网络的实用化路由协议.