基于STK的编队飞行队形保持控制及仿真

小卫星编队飞行是近年来各个国家航天领域研究的重点,而编队飞行队形的保持控制是其中的一个重要方面.主要介绍了一种基于STK的编队飞行队形保持控制仿真实现方法.控制算法采用了基于Hill方程动力学模型的线性二次型最优控制.利用STK中的嵌入式脚本(Plug-in),将由控制算法得到的队形保持控制力,添加到STK轨道计算的力学模型中,从而进行队形保持控制.通过对有一定初始构型偏差的卫星编队飞行进行仿真,控制结果表明:控制后的卫星编队队形误差可控制在1m之内,最高精度可达到厘米级.从而验证了此控制方法及仿真实现方法的可行性.     

空间编队飞行—分布式航天器系统开发了GPS的新功能

本文阐明：GPS测量方案和技术不断取得进展，业已开发出能对航天器编队飞行任务进行精确定位的GPS方案，从飞行高度高达30000km(超过GPS星座运行轨道的高度）的卫星上取得了初步的肯定结果，GPS将能充当一大类多个卫星编队飞行任务的导航系统，这将使未来空间科学研究发生革命。     

航天器的编队飞行

本文阐述了什么是编队飞行和编队飞行可完成的任务、需解决的主要技术课题、如何保持卫星间的相对位置和卫星群控技术。     

磁控小卫星编队飞行的非线性控制

磁控小卫星编队飞行利用磁力和磁力矩对编队小卫星进行位姿调控,不受星载燃料的限制,同时还避免了由推进器羽流造成的光学干扰和精密设备污染。基于磁力研究编队小卫星的相对运动控制问题,介绍了编队卫星的磁力模型和相对运动模型,采用饱和函数方法给出了非线性控制律,利用李雅普诺夫稳定性理论证明了系统的稳定性,最后,利用该方法对两星编队磁力控制进行仿真验证,结果表明：完全依靠电磁力编队卫星是可控的。     

日心悬浮轨道航天器编队飞行控制

针对日心悬浮轨道航天器编队飞行控制问题,应用线性自抗扰控制（LADRC）技术设计了编队飞行控制器．首先,考虑外部扰动,基于圆形限制性三体问题（CRTBP）模型推导了航天器编队日心悬浮轨道非线性动力学方程．其次,提出了一种基于扰动估计和补偿的编队飞行控制方法,避免了通过航天器局部线性化动力学方程或精确非线性动力学方程设计编队飞行控制器时存在的模型精确性过度依赖等缺陷．最后,数值仿真表明存在系统模型不确定性、初始入轨误差及地球轨道偏心率扰动的情况下,所设计的控制器实现了高精度的编队飞行控制,并优于NASA制定的5 mm编队飞行精度标准．     

卫星编队飞行仿真中STK-RTI中间件的研究

卫星在编队飞行任务分析与可视化动态场景仿真,能使多颗卫星保持相对协同工作,但与外界交互集成能力较差。为了能够成为HLA(高层体系结构)的联邦成员,设计并实现了连接STK与RTI的中间件。通过相关分析设计了STK-RTI中间件的功能结构,采用服务转换机制建立了STK/Connect模块功能函数和RTI标准服务之间的映射关系,实现了STK和其它联邦成员之间的交互,并在编队飞行仿真中对中间件的可行性进行了验证,拓展了STK的使用范围。     

卫星编队飞行动力学仿真及其应用

由若干颗小卫星编队飞行组成一个虚拟卫星,其功能相当或超过一颗大卫星.这将开拓小卫星一个完全崭新的应用领域.文章首先论述编队飞行概念和应用,其次研究轨道动力学.系统地研究编队飞行三种动力学模型,最后进行电子侦察卫星和区域导航系统两个型号数学仿真,分析研究各种数学模型的精度和它们的应用场合.     

无人机编队飞行导航方法及其仿真研究

研究无人机导航优化编队问题,编队各成员的高精度定位是无人机协同编队飞行的关键技术和难点.为了提高编队定位的精度,提出了一种长机组合导航和长/僚机相对测量的编队成员导航定位方法,在编队导航系统模型的基础上,采用卡尔曼滤波原理估计出各成员的惯导误差,经校正后得到精确的导航信息,并进行仿真.仿真结果表明,改进的方法对所设计的长机与僚机的导航定位是完全可行的,编队各成员均获得较高的测地导航精度.     

卫星编队飞行相对轨道的确定

卫星之间相对轨道的确定对于多颗卫星编队飞行的控制和任务是十分重要的，结合空间圆形的编队飞行星座，本文给出了描述卫星近距离运动的C-W方程，讨论了空间圆形的编队卫星星座的构成，进而设定了利用激光仪测量星间位置矢量，并设计了Kalman滤波器来实现相对轨道的确定，分析和仿真结果表明，Kalman滤波器能够有效提高相对位置确定精度并给出相对速度的高精度估计。     

分布式航天器编队约定时间姿轨耦合协同控制

针对具有参数不确定性、外部扰动和预设性能需求的航天器编队约定时间姿轨耦合控制问题, 本文基于预设性能控制方法提出了一种低复杂度的约定时间编队姿轨耦合协同控制器, 使得航天器在设定时间内形成编队, 且编队误差满足预设的各种性能指标. 首先, 通过结合有限时间稳定概念引入一种约定时间性能函数, 其系统稳定时间可以由使用者任意设定; 然后, 把约定时间性能函数与预设性能控制方法结合起来, 提出了不依赖航天器质量和转动惯量等信息的约定时间编队协同控制器, 保证了编队状态量的收敛性能和收敛时间, 并使用李雅普诺夫理论证明了其稳定性. 最后, 通过仿真验证了该控制方案的有效性     

基于STK的航天发射可视化仿真系统设计与实现

针对航天发射实时性、高风险、不可逆的特点,设计出一种基于STK的航天发射可视化仿真系统,给发射决策层提供可靠的决策信息;设计了仿真系统的结构框架和网络结构,探讨了设计中的三维地形建模、航天器飞行数据的转换、实时仿真的时间同步等关键技术问题,通过系统集成,实现了对航天发射全过程的实时可视化;经卫星发射任务检验,结果表明,该仿真系统能够对航天发射的弹道数据进行实时处理,并实现快速显示,与传统的用VC++、Vega、OpenGL开发的仿真系统相比,具有编程工作量少、模型移植简单、代码编制与调试过程简洁等优点,能够满足航天发射任务指挥和决策的需求,对后期开展的探月工程可视化有一定的工程指导意义和应用价值。     

基于STK/X的战场模拟仿真系统

介绍了卫星工具包STK (Satellite Tool Kit)的主要功能及应用领域,深入研究了STK中的STK/X模块,将该模块同 VC2008相结合进行了应用程序的开发,把 STK 中的2D、3D 模块集成到了 VC 应用程序中,使得同STK/X 进行实时数据通信成为可能,并将其应用拓展到了军事战场模拟仿真中。总结分析了在现代化军事战争中将前方态势格局在后方指挥中心进行实时可视化展的可行性及面临的问题。     

基于STK卡的移动警务安全保障系统研究

针对目前公安移动警务系统安全需要,从系统总体目标和安全策略两个方面展开研究,提出了一种基于STK卡的安全保障系统设计方案。重点对用户终端数字证书管理与接入认证进行了研究和设计。     

模块化航天器电源系统仿真研究

模块化航天器快速响应对迅速提高我国空间信息支援能力具有重大意义,所以为了快速增强我国空间实力,以快速响应为背景,对模块化航天器进行研究,首先介绍了模块化航天器及其快速集成测试方法,之后,以模块化航天器电源系统为例,通过数学模型搭建了其Simulink模型,主要对帆板面积,蓄电池容量,以及卫星在轨功率进行分析,最后,通过仿真结果验证了所建模型的准确性,为模块化航天器快速响应奠定了基础,同时提出了模块化航天器电源系统的快速响应应用模式。     

MATLAB/STK联合仿真方法研究及GUI设计

详细介绍了MATAB(矩阵实验室)与STK(卫星工具箱)软件互联的方法;STK提供了相应的二次开发接口,可供MATLAB等软件进行二次开发;利用MATLAB和STK软件组合搭建仿真环境,以某Walker星座的设计与优化算法为例,具体介绍了联合仿真步骤流程及GUI界面的设计方法,并综合考虑了卫星轨道、传感器以及卫星编队等相关参数对星座最优设计的影响;结果表明,利用MATLAB和STK组合仿真能够以图像及数据列表的形式方便直观的给出最优结果,通过联合仿真,较大程度上减小了MATLAB的编程工作量,同时通过GUI界面的设计,以可视化的形式对主体程序进行集成,只需输入参数,便可快速进行相应的轨道仿真与数据输出,避免了在进行卫星星座设计时需反复对STK参数进行调整的工作;在对卫星星座设计与运行轨道的问题分析中,MATLAB/STK联合仿真相较于使用单一软件进行问题分析而言,要更加便利、形象直观。     

基于VC+ +的航天器姿态控制系统设计与仿真

针对采用结构化方法设计航天器仿真软件效率低的问题,基于VC 采用面向对象思想提出了一种航天器姿态动力学与控制的仿真框架。设计了一种航天器的姿态控制器,并给出了系统稳定性证明;在理论上证明了控制律的全局渐近稳定后,在所设计出的VC 仿真软件上验证了控制算法。所提出的航天器仿真软件设计方法成功应用于某型航天器姿态控制系统,实现了仿真软件的可重用性,提高了软件的可扩充性,优化了代码,取得了明显的效果。     

基于专家系统的航天器故障诊断地面模拟系统的研制

航天器故障诊断技术对于提高航天器的在轨工作的寿命、实现卫星的长寿命、高可靠有着重要的意义,介绍了以故障诊断专家系统理论为基础在程序控制故障模拟、数据采集设备的基础上研制航天器地面模拟设备对航天器在轨故障诊断有着重要的意义。描述了,地面模拟设备的组成和应用于故障诊断地面模拟设备的专家系统。实现了,基于专家系统推理机制的故障诊断专家系统、给出了实际应用的结果。基于专家系统的地面故障诊断设备能够满足在轨故障地面模拟的应用要求,对实现在轨故障的诊断有着一定的参考作用。     

基于STK的靶标布设分析建模与仿真

由于靶标布设是航天测控的重要问题之一,覆盖分析为靶标布设提供重要的参考依据.为研究靶标布设的规律特点,提高测控质量,提出了利用STK进行仿真分析.针对某个工程中的靶标布设问题,采用卫星携带相机的侧摆情况和相机类型的情况,对卫星过境的覆盖品质进行了分析建模.并运用MATLAB与STK软件进行联合仿真,得出6种模式下的覆盖结果.仿真结果表明,无论是否侧摆还是相机类型不同的情况下,卫星过境时长均只与所处纬度有关,与经度无关,并且纬度越高,覆盖品质越好.