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基于平均轨道要素的干涉SAR编队构形设计方法研究

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宇航学报 2006年第4期27卷 670-675,699页

作者：张锦绣曹喜滨林晓辉哈尔滨工业大学卫星技术研究所哈尔滨150080

提出了一种在整个轨道周期内沿轨迹向和垂直轨迹向均存在稳定基线组合的三星编队,并在考虑J2摄动基础上给出了其轨道设计方法。依据系统任务要求给出了该队形设计的约束条件,初步确定了编队的平均轨道参数。为了使得空间基线在摄动情况... 详细信息

提出了一种在整个轨道周期内沿轨迹向和垂直轨迹向均存在稳定基线组合的三星编队,并在考虑J2摄动基础上给出了其轨道设计方法。依据系统任务要求给出了该队形设计的约束条件,初步确定了编队的平均轨道参数。为了使得空间基线在摄动情况下保持相对稳定,对卫星平均半长轴进行了小量修正。最后在卫星工具包(STK)下进行了高精度轨道仿真验证。结果表明,该方法设计的编队初始轨道参数能使空间基线保持稳定,在一个轨道周期内,垂直轨迹方向存在两条相同的稳定基线,沿轨迹方向存在一条稳定基线和两条周期性变化基线,能够同时满足DEM和GMTI任务要求。

关键词：平均轨道要素地面高程测量地面慢动目标检测空间基线

J2摄动下基于平均轨道要素差的集群航天器空间圆形编队设计

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大连理工大学学报 2015年第3期55卷 236-242页

作者：张朔吴国强大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学航空航天学院辽宁大连116024

集群航天器是通过无线连接方式构成的虚拟航天器系统,考虑J2摄动下其在太阳同步轨道的空间圆形编队设计,对满足其模块间能量传输、数据交互的需要和应用需求具有重要意义.基于主、从模块平均轨道要素差建立了相对运动模型,并给出了空间... 详细信息

集群航天器是通过无线连接方式构成的虚拟航天器系统,考虑J2摄动下其在太阳同步轨道的空间圆形编队设计,对满足其模块间能量传输、数据交互的需要和应用需求具有重要意义.基于主、从模块平均轨道要素差建立了相对运动模型,并给出了空间圆形编队的详细设计步骤;在零J2摄动条件不再适用时,通过定量分析J2摄动对该编队构形的影响,提出了相应的修正公式;将模块修正后的平均轨道要素转换为初始时刻密切轨道要素确定了初始编队构形.采用无奇点的新四元数轨道要素进行J2摄动分析,仿真结果验证了设计方法的有效性.

关键词： J2摄动平均轨道要素集群航天器空间圆形编队

行星三体引力摄动对卫星探测器大气制动的影响

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北京航空航天大学学报 2018年第4期44卷 759-764页

作者：江玲王悦徐世杰北京航空航天大学宇航学院北京100083

考虑行星引力在其卫星探测器大气制动过程中的显著摄动,建立了基于Milankovitch参数的平均轨道动力学模型并对土卫六探测器进行仿真。首先,将轨道参数转换为无奇异的Milankovitch参数,考虑探测卫星的大气阻力、扁率摄动以及行星引力摄动... 详细信息

考虑行星引力在其卫星探测器大气制动过程中的显著摄动,建立了基于Milankovitch参数的平均轨道动力学模型并对土卫六探测器进行仿真。首先,将轨道参数转换为无奇异的Milankovitch参数,考虑探测卫星的大气阻力、扁率摄动以及行星引力摄动,建立了半解析轨道方程。其次,以土卫六探测器为对象,选择不同的土星初始方位角进行有大气和无大气情况下的数值仿真,并进行比较分析。结果表明,土星初始方位角的选择会引起土卫六大气制动轨道偏心率和近拱点高度在不同范围内震荡,极大地影响大气制动效果。

关键词：大气制动三体引力摄动 Milankovitch参数平均轨道要素半解析轨道运动方程

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一种低轨星座高精度相位保持方法

宇航学报 2021年第11期42卷 1377-1384页

作者：刘奇向开恒赵书阁贺泉李小玉张楠航天科工空间工程发展有限公司北京100854 中国航天科工集团有限公司空间工程总体部北京100854

针对大型低轨星座在轨运行的高精度构型保持问题,提出了一种基于极限环的高精度相位保持方法。首先,推导了实际轨道与参考轨道的平相位角偏差与半长轴偏差的关系;然后,建立了基于极限环的相位保持周期以及半长轴改变量计算方法;最后,基... 详细信息

针对大型低轨星座在轨运行的高精度构型保持问题,提出了一种基于极限环的高精度相位保持方法。首先,推导了实际轨道与参考轨道的平相位角偏差与半长轴偏差的关系;然后,建立了基于极限环的相位保持周期以及半长轴改变量计算方法;最后,基于推导的半长轴偏差与相位偏差的关系,提出了一种相位保持实施方法。考虑地球非球形和大气阻力的数值仿真表明:本文提出的相位保持方法能够在卫星定轨数据精度不高、数据采样间隔较大的情况下,实现低轨星座系统的高精度相位保持。

关键词：低轨星座相位保持平均轨道要素平相位角偏差

J_2摄动情况下编队飞行卫星相对运动精确解析模型研究

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应用基础与工程科学学报 2007年第3期15卷 342-350页

作者：张锦绣曹喜滨王继河哈尔滨工业大学卫星技术研究所黑龙江哈尔滨150080

给出了一种描述J2摄动情况下编队飞行卫星相对运动的精确解析模型.在近圆轨道情况下引入无奇点变量,得到了参考星相对运动坐标系中从星运动的一般形式,进一步推导了J2摄动影响下初始时刻无奇点平均/瞬时轨道要素偏差表示的任意时刻编队... 详细信息

给出了一种描述J2摄动情况下编队飞行卫星相对运动的精确解析模型.在近圆轨道情况下引入无奇点变量,得到了参考星相对运动坐标系中从星运动的一般形式,进一步推导了J2摄动影响下初始时刻无奇点平均/瞬时轨道要素偏差表示的任意时刻编队飞行卫星相对动力学解析方程.仿真结果表明,编队飞行相对运动解析模型的相对位置误差在运行14圈内可以达到m级,为经典Hill方程对应误差的1%左右,能够精确预报编队队形的变化规律,为提出有效队形控制策略提供了理论基础.同时计算量小,适合于编队卫星星上自主运算和自主方案规划.

关键词：编队飞行卫星相对运动平均轨道要素转换矩阵

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集群航天器构形设计及一体化动力学与控制

集群航天器构形设计及一体化动力学与控制

作者：张朔大连理工大学

学位级别：硕士

集群航天器是通过无线连接方式构成的虚拟航天器系统,具有在轨灵活性、可扩展性、可维护性和快速响应能力,研究集群航天器对于加快快速响应空间系统的建设速度,增强空间技术创新能力和提高新型航天器研制水平具有重要意义。为满足集群... 详细信息

集群航天器是通过无线连接方式构成的虚拟航天器系统,具有在轨灵活性、可扩展性、可维护性和快速响应能力,研究集群航天器对于加快快速响应空间系统的建设速度,增强空间技术创新能力和提高新型航天器研制水平具有重要意义。为满足集群航天器模块间能量传输、数据交互的需要和应用需求,本文研究了集群航天器空间圆形编队问题,进而引出集群航天器编队构形保持问题,为避免采用姿态和轨道分别描述和设计控制器造成顾此失彼的被动局面,研究了集群航天器姿轨一体化动力学建模问题和姿轨一体化控制问题。论文的主要内容如下：针对集群航天器空间圆形编队问题,基于平均轨道要素差建立了无摄相对运动模型,给出了空间圆形编队构形设计流程。当零J2摄动条件不再适用时,通过分析J2摄动对编队构形的影响,进而提出修正公式,仿真结果表明,该修正公式能有效抑制编队构形的迹向漂移。由于修正公式只是抑制而非消除主、从航天器相对位置误差的发散趋势,因此还需对航天器加以控制。针对集群航天器姿轨一体化动力学建模问题,采用对偶四元数框架体系,给出了传统参数的对偶四元数描述,建立了单航天器姿轨一体化动力学模型,进而拓展到可同时描述航天器间相对姿态和相对轨道运动的两航天器相对姿轨一体化动力学模型。该相对动力学模型形式简洁,避免了传统姿态描述方法存在的奇异性和繁琐的运算,可用于集群航天器姿轨一体化控制器设计。针对集群航天器姿轨一体化控制问题,将控制问题即编队构形保持问题分为两类跟踪问题并分别设计姿轨一体化控制器。一是主航天器按预定轨道运行,同时跟踪任务要求的期望姿态运动,设计了反馈线性化-广义PD控制器和近似函数-滑模控制器,仿真结果验证了控制算法的有效性。二是从航天器相对虚拟主航天器的运动满足编队构形设计的轨迹,同时跟踪任务要求的期望姿态运动,设计了改进的鲁棒自适应控制器,仿真结果表明该控制器能有效抑制执行机构的输出饱和问题。

关键词：集群航天器对偶四元数平均轨道要素一体化动力学与控制