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BDS在低轨卫星编队高精度相对轨道确定上的应用分析

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国防科技大学学报 2020年第4期42卷 43-50页

作者：易彬谷德峰邵凯易东云国防科技大学文理学院湖南长沙410073 中山大学物理与天文学院广东珠海519082

分析基于北斗卫星导航系统(BeiDou satellite navigation System,BDS)的低轨卫星编队相对轨道确定问题,但由于缺乏实测数据,通过仿真实验展开研究。结果表明,500 km空域平均可视BDS卫星数约为9.7,由于地球静止轨道(GeoStationary earth ... 详细信息

分析基于北斗卫星导航系统(BeiDou satellite navigation System,BDS)的低轨卫星编队相对轨道确定问题,但由于缺乏实测数据,通过仿真实验展开研究。结果表明,500 km空域平均可视BDS卫星数约为9.7,由于地球静止轨道(GeoStationary earth Orbit,GEO)卫星和倾斜地球同步轨道(Inclined GeoSynchronous earth Orbit,IGSO)卫星的存在,亚太地区的可视BDS卫星数明显偏多。仅考虑观测噪声的影响时,基于BDS的相对定轨精度可达0.74 mm,加入星历误差的影响,对近距离编队系统的相对定轨而言,GEO卫星数米的星历误差可以忽略,但当星间距离增大到约200 km时,GEO卫星单差后的星历误差可达厘米量级,GEO+IGSO+中圆地球轨道(Medium Earth Orbit,MEO)卫星和IGSO+MEO卫星求解的相对轨道精度分别为1.09 mm和0.96 mm,GEO卫星的加入使得精度下降了13.54%。在其余误差得到有效处理后,BDS的相对定轨精度可达亚毫米量级,且无明显区域差异,GEO卫星和IGSO卫星能提高近距离编队系统的全球相对定轨精度,未来BDS将广泛应用于低轨卫星编队相对轨道确定。

关键词：北斗卫星导航系统低轨卫星编队相对轨道确定地球静止轨道卫星倾斜地球同步轨道卫星

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面向空间目标相对轨道确定的编队优化方法

宇航学报 2022年第11期43卷 1511-1521页

作者：李佳兴袁利张聪张斯航孙栋北京控制工程研究所北京100094 空间智能控制技术重点实验室北京100094

针对提高空间目标相对轨道确定精度的问题,研究了在主航天器轨道运动受限时,通过设计和优化辅航天器相对轨道要素的航天器编队优化方法。首先,介绍了基于扩展卡尔曼滤波的双视线测量相对轨道确定方法;之后,通过研究双视线测量下的空间... 详细信息

针对提高空间目标相对轨道确定精度的问题,研究了在主航天器轨道运动受限时,通过设计和优化辅航天器相对轨道要素的航天器编队优化方法。首先,介绍了基于扩展卡尔曼滤波的双视线测量相对轨道确定方法;之后,通过研究双视线测量下的空间目标定位误差变化规律,得到了减小定位误差的角度条件;然后,通过分析该角度条件和辅航天器相对轨道要素的关系,设计并采用遗传算法优化了辅航天器相对轨道;最后,数学仿真结果表明,设计的编队可保证目标相对位置估计误差收敛,优化后的编队可使目标相对位置估计误差减小至0.3 km且不超过1.2 km。

关键词：相对轨道确定航天器编队优化遗传算法扩展卡尔曼滤波

基于两步估计的空间非合作目标相对轨道确定方法研究

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航天控制 2014年第3期32卷 38-43,50页

作者：车汝才北京控制工程研究所北京100190

研究运行于椭圆轨道的卫星相对轨道确定问题,适用于配置有非合作测量敏感器的卫星。首先给出了以相对运动状态描述的椭圆轨道相对运动方程(T-H方程),并给出了解析解;其次根据星间测量几何关系对应的测量方程,提出一种新的基于两步估计... 详细信息

研究运行于椭圆轨道的卫星相对轨道确定问题,适用于配置有非合作测量敏感器的卫星。首先给出了以相对运动状态描述的椭圆轨道相对运动方程(T-H方程),并给出了解析解;其次根据星间测量几何关系对应的测量方程,提出一种新的基于两步估计的相对轨道确定方法;最后通过数学仿真对算法的有效性进行了验证。

关键词：两步估计非合作目标相对轨道确定椭圆轨道卫星

扩展卡尔曼粒子滤波在编队卫星相对轨道确定中的应用

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航天控制 2010年第4期28卷 40-43页

作者：张剑锋曾国强装备指挥技术学院北京101416 国防科技大学长沙410073

考虑两星编队飞行情况,建立了惯性坐标系内卫星绝对运动方程,以激光和无线电测量获得相对观测量,利用扩展卡尔曼粒子滤波实现相对轨道高精度确定。结合实例进行了分析和仿真,结果表明EPF算法能够有效提高相对位置确定精度,并给出相对速... 详细信息

考虑两星编队飞行情况,建立了惯性坐标系内卫星绝对运动方程,以激光和无线电测量获得相对观测量,利用扩展卡尔曼粒子滤波实现相对轨道高精度确定。结合实例进行了分析和仿真,结果表明EPF算法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。

关键词：编队卫星相对轨道确定扩展卡尔曼粒子滤波(EPF)

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编队卫星短弧段相对轨道确定方法研究

航天控制 2009年第5期27卷 48-51,57页

作者：李晓明曾国强姚红装备指挥技术学院北京101416

针对2颗星编队飞行的情况,描述了相对运动的3种动力学模型,利用GPS测量得到的相对位置矢量,选择了非线性最小二乘估计方法来实现相对轨道确定。结合空间圆编队构形进行了分析和仿真,结果表明该方法能得到高精度的相对状态信息,相对动力... 详细信息

针对2颗星编队飞行的情况,描述了相对运动的3种动力学模型,利用GPS测量得到的相对位置矢量,选择了非线性最小二乘估计方法来实现相对轨道确定。结合空间圆编队构形进行了分析和仿真,结果表明该方法能得到高精度的相对状态信息,相对动力学模型越精确,相对状态信息精度越高。

关键词：编队卫星相对轨道确定动力学模型短弧段非线性最小二乘估计

地球同步轨道目标抵近方法和相对轨道确定技术研究

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地球同步轨道目标抵近方法和相对轨道确定技术研究

作者：李华山国防科学技术大学

学位级别：硕士

地球同步轨道是人类开发和利用空间资源的一类重要轨道,是极其珍贵的轨道资源,位于该轨道的航天器在通信、导航、预警、气象等民用和军用领域发挥着极其重要的作用。由于地球同步轨道上运行的航天器数量逐年递增,且功能难以替代,地球同... 详细信息

地球同步轨道是人类开发和利用空间资源的一类重要轨道,是极其珍贵的轨道资源,位于该轨道的航天器在通信、导航、预警、气象等民用和军用领域发挥着极其重要的作用。由于地球同步轨道上运行的航天器数量逐年递增,且功能难以替代,地球同步轨道目标成为了空间在轨服务的重点服务对象。空间在轨服务技术体系庞大,本文重点研究了对地球同步轨道目标的抵近策略和目标相对轨道确定技术,讨论了机动飞行器对地球同步轨道目标抵近的轨道设计方法和实施途径,设计了用于相对轨道确定的实时解算体系。全文的工作主要包括以下几个方面的内容:对机动飞行器抵近地球同步轨道目标的方法进行了研究。重点针对倾斜地球同步轨道,机动飞行器停泊于零度倾角圆轨道上,在目标轨道升/降交点附近实现对目标接近。以燃料最省为优化目标,以任务周期为约束条件,研究机动飞行器接近目标的最优路径。对机动飞行器对地球同步轨道目标的服务范围进行了仿真分析。分析了停泊轨道设计和燃耗的需求关系,对优化目标函数进行简化,分析了不同任务周期下对任意地球同步轨道目标抵近的燃耗需求分布。对快速精确实现地球同步轨道目标相对轨道确定的方法进行了研究。通过建立适用于椭圆轨道的相对运动方程、基于恒星背景的绝对信息测量方案,结合批处理算法和序贯处理算法,建立了具有较好鲁棒性的实时解算体系。最后,对影响估值精度的各因素进行分析。对于相对初值预估系统,分析了迭代次数和观测数据组数的选取对初值估计精度的影响;对于相对轨道递推估计系统,分析了采样策略、测量精度对相对轨道状态实时估计精度的影响,所得结论为工程应用提供技术指导。空间目标的抵近和相对轨道确定是开展空间在轨服务的前提,本文工作对地球同步轨道目标在轨服务技术的工程应用提供了参考。

关键词：地球同步轨道空间在轨服务最优路径相对轨道确定