编队飞行卫星群的轨道动力学特性与构形设计 被引量：35

1

作者 肖业伦 张晓敏 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第4期7-12,共6页

编队飞行卫星群由一些相对距离近的小卫星组成 ,在严格的条件下 ,若干颗伴随卫星环绕一颗中心卫星作相对运动 ,相对轨道为有特别性质的椭圆。本文研究了编队飞行卫星群的轨道动力学特性 ,提出了编队飞行的轨道构形设计的原则和方法。

关键词 编队飞行卫星群 轨道动力学 轨道设计 特性 构形设计

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EKF/UKF在编队飞行卫星GPS相对导航中的应用 被引量：9

2

作者 楚瑞 《空间控制技术与应用》 2008年第5期57-60,共4页

航天器编队飞行协调工作,必须精确确定各航天器的相对位置和相对速度,即进行编队飞行相对导航。将扩展卡尔曼滤波(EKF,extended Kalman filter)和非线性滤波unscented Kalman filter(UKF)算法同时应用于编队飞行卫星的载波相位差分GPS... 航天器编队飞行协调工作,必须精确确定各航天器的相对位置和相对速度,即进行编队飞行相对导航。将扩展卡尔曼滤波(EKF,extended Kalman filter)和非线性滤波unscented Kalman filter(UKF)算法同时应用于编队飞行卫星的载波相位差分GPS相对导航。EKF与UKF算法原理不同,UKF算法的精度比EKF的精度高。在实际应用中,可以将两种算法组成互为备份的相对导航滤波器,这样可提高滤波系统冗余性能。 展开更多

关键词 扩展卡尔曼滤波 UKF 载波相位差分GPS 编队飞行卫星 相对导航

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用于对地观测定位的编队飞行卫星群轨道构形设计 被引量：5

3

作者 赵军 肖业伦 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第6期563-568,共6页

编队飞行卫星群是一组小卫星,它们具有短的相对距离、相等的轨道半长轴和微小差别的其它轨道要素,它们形成相互伴随运动,并且具有一定的构形。提出将编队飞行卫星群的轨道设计技术应用于对地观测定位卫星系统中。根据设想的要求,针对由... 编队飞行卫星群是一组小卫星,它们具有短的相对距离、相等的轨道半长轴和微小差别的其它轨道要素,它们形成相互伴随运动,并且具有一定的构形。提出将编队飞行卫星群的轨道设计技术应用于对地观测定位卫星系统中。根据设想的要求,针对由四颗伴随卫星围绕基准卫星(或一个虚拟的中心)飞行的轨道设计案例,初步分析了编队飞行卫星群的构形保持,地球引力和大气阻力的摄动影响等问题。 展开更多

关键词 卫星星座 轨道设计 使命设计 编队飞行卫星群

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基于对偶四元数的编队飞行卫星相对位姿描述 被引量：1

4

作者 蒋锋 王惠南 皇超颂 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2012年第3期20-26,34,共8页

为统一描述编队飞行卫星中主从星的相对位置和姿态参数,利用对偶四元数,建立编队飞行卫星运动学模型,分析其物理意义,提出了基于对偶四元数的编队飞行卫星相对位姿描述的划船算法,并利用这一算法解算出相对位置和姿态参数,突破了传统方... 为统一描述编队飞行卫星中主从星的相对位置和姿态参数,利用对偶四元数,建立编队飞行卫星运动学模型,分析其物理意义,提出了基于对偶四元数的编队飞行卫星相对位姿描述的划船算法,并利用这一算法解算出相对位置和姿态参数,突破了传统方法中将卫星轨道和姿态分而治之的方式。仿真结果表明该算法科学合理,能够有效描述编队飞行卫星间的相对位置和姿态。 展开更多

关键词 划船算法 对偶四元数相对位置 相对姿态 姿态控制 编队飞行卫星

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基于对偶四元数的编队飞行卫星相对位姿描述及算法研究 被引量：6

5

作者 马可锌 王惠南 付世勇 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第9期1871-1877,共7页

针对编队飞行微小卫星,突破轨道姿态分而治之的传统模式,利用对偶四元数,提出了主从星间的相对位置和姿态统一描述方法,建立了对偶四元数卫星编队运动学模型。该方法区别于描述刚体纯旋转变换的四元数方法,将主从星的本体系之间坐标变... 针对编队飞行微小卫星,突破轨道姿态分而治之的传统模式,利用对偶四元数,提出了主从星间的相对位置和姿态统一描述方法,建立了对偶四元数卫星编队运动学模型。该方法区别于描述刚体纯旋转变换的四元数方法,将主从星的本体系之间坐标变换的旋转和平移过程进行融合、统一,并具有非常简洁的形式。同时,给出了求解模型的算法,解算出主从星间的相对位置和姿态。仿真结果表明该模型及算法科学合理,能够满足编队飞行的测控要求。 展开更多

关键词 卫星编队飞行 相对位姿 对偶四元数 统一描述

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一种便于摄动分析的编队飞行卫星相对运动的描述 被引量：6

6

作者 孟鑫 李俊峰 高云峰 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 2005年第11期1328-1336,共9页

定义了一组参数来描述卫星编队飞行的相对运动,称为相对轨道要素.利用它可以方便地分析摄动对相对轨道构形的影响以及卫星编队队形的几何特点.首先,对相对轨道要素给予了详细的推导,指出当主星偏心率为小量时,在主星轨道坐标系中相对轨... 定义了一组参数来描述卫星编队飞行的相对运动,称为相对轨道要素.利用它可以方便地分析摄动对相对轨道构形的影响以及卫星编队队形的几何特点.首先,对相对轨道要素给予了详细的推导,指出当主星偏心率为小量时,在主星轨道坐标系中相对轨道是一椭圆柱和一平面相交所得的交线,用描述该椭圆柱和平面的参数即可确定相对轨道构形,进而提出了相对轨道要素.其次,利用相对轨道要素对相对轨道进行地球扁率摄动分析,指出相对轨道构形的变化由两部分组成:一是椭圆柱的漂移导致相对轨道中心的漂移,二是平面法线的章动和进动引起相对轨道平面转动,同时还给出了地球扁率摄动下相对轨道构形漂移率及转动率的解析公式.最后,针对J2摄动分析了卫星编队相对轨道构形的变化以及相对轨道构形的漂移量和转动量. 展开更多

关键词 卫星编队飞行 相对轨道要素 地球扁率摄动 漂移率 转动率

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无需角速度的含通信时延卫星编队飞行自适应姿态协同跟踪控制 被引量：10

7

作者 胡庆雷 周稼康 马广富 《自动化学报》 EI CSCD 北大核心 2012年第3期462-468,共7页

针对编队卫星姿态协同跟踪控制中存在相异星间通信时变时间延迟的问题,提出了采用一阶滤波器来设计含通信时延的输出反馈控制器,并通过引入参数在线自适应辨识技术,以实现利用卫星姿态误差信息来实现对卫星的转动惯量进行在线估计.对于... 针对编队卫星姿态协同跟踪控制中存在相异星间通信时变时间延迟的问题,提出了采用一阶滤波器来设计含通信时延的输出反馈控制器,并通过引入参数在线自适应辨识技术,以实现利用卫星姿态误差信息来实现对卫星的转动惯量进行在线估计.对于系统稳定性的分析,通过构造一新型Lyapunov函数,证明该控制器不仅能够有效地克服通信时间延迟对编队系统协同性的影响,同时可论证无需角速度信息反馈的闭环系统的有界稳定性.最后,将提出的算法应用于只需要角速度信息反馈的卫星编队飞行的协同控制,仿真结果表明该方法的可行性与有效性,具有实际的应用前景. 展开更多

关键词 卫星编队飞行 姿态协同 输出反馈 通信时延

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卫星编队飞行中C-W方程与轨道根数法的比较 被引量：24

8

作者 高云峰 宝音贺西 李俊峰 《应用数学和力学》 EI CSCD 北大核心 2003年第8期799-804,共6页

　目前卫星编队飞行动力学与控制的研究得到了广泛的重视,这些研究的理论主要是基于描述卫星相对运动的Clohessy＿Wiltshire(C＿W)方程·　但根据特例及定性分析,表明C＿W方程在初始条件的选取、解的周期性等方面与实际情况不符,从... 　目前卫星编队飞行动力学与控制的研究得到了广泛的重视,这些研究的理论主要是基于描述卫星相对运动的Clohessy＿Wiltshire(C＿W)方程·　但根据特例及定性分析,表明C＿W方程在初始条件的选取、解的周期性等方面与实际情况不符,从星的能量也不守恒·　以卫星轨道根数为基础,提出了卫星编队飞行中的相对轨道根数法,克服了C＿W方程的局限性,物理概念清楚,应用范围广,解的周期性成为自然结论·　在主星为小偏心率的情况下,得到了简化的相对运动方程·　最后对两种方法进行了比较。 展开更多

关键词 卫星编队飞行 相对运动 C-W方程 相对轨道根数 周期解

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GPS相位平滑伪距严密定权及其在卫星编队飞行相对定位中的应用 被引量：9

9

作者 王海涛 欧吉坤 郭建锋 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期282-286,共5页

为提高GPS码伪距解算卫星编队飞行的相对定位精度,采用了序贯双频消电离层组合相位平滑伪距双差的方法。采用综合考虑相位与码伪距精度比值和平滑历元次数进行定权的形式,克服了在GPS新星升起后因没有充分考虑相位平滑伪距权而引起的的... 为提高GPS码伪距解算卫星编队飞行的相对定位精度,采用了序贯双频消电离层组合相位平滑伪距双差的方法。采用综合考虑相位与码伪距精度比值和平滑历元次数进行定权的形式,克服了在GPS新星升起后因没有充分考虑相位平滑伪距权而引起的的解算结果中出现“突刺”的问题。从文中仿真的卫星编队飞行的例子来看,采用这种定权方法可以去除多处出现的“突刺”,并且解算效果比较平稳,平滑40～70个历元(采样率1Hz)后,可以达到1～2dm的相对定位精度,证明这种方法是有效的。 展开更多

关键词 GPS 相位平滑伪距 卫星编队飞行

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磁控小卫星编队飞行的非线性控制 被引量：6

10

作者 冯成涛 王惠南 +1 位作者 刘海颖 丁尚文 《传感器与微系统》 CSCD 北大核心 2009年第3期54-57,共4页

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... 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。 展开更多

关键词 电磁 卫星编队飞行 非线性 相对运动

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卫星编队飞行中相对轨道的J_2摄动分析 被引量：9

11

作者 孟鑫 李俊峰 高云峰 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2006年第1期89-96,共8页

详细分析了J2摄动对编队卫星相对轨道构形的影响． J2摄动对相对轨道的影响分为相对轨道构形的漂移、相对轨道平面的章动和进动．首先,分析了相对轨道构形漂移速度、章动角速度和进动角速度的一阶近似表达式的数量级及其影响因素．其次... 详细分析了J2摄动对编队卫星相对轨道构形的影响． J2摄动对相对轨道的影响分为相对轨道构形的漂移、相对轨道平面的章动和进动．首先,分析了相对轨道构形漂移速度、章动角速度和进动角速度的一阶近似表达式的数量级及其影响因素．其次,给出一个准则,来判断同一相对轨道的漂移和转动之间的关系．最后, 利用该准则,分析了主、从星的轨道根数差对相对轨道的漂移和转动的影响． 展开更多

关键词 卫星编队飞行 相对轨道 J2摄动 漂移 章动 进动

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卫星编队飞行相对轨道的摄动研究综述 被引量：9

12

作者 孟鑫 李俊峰 高云峰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第4期473-478,共6页

卫星在编队飞行过程中总受到各种摄动力的作用,由于轨道摄动直接影响卫星的寿命,研究卫星编队飞行相对轨道的摄动问题具有重要的意义。本文综述了国内外有关编队飞行卫星相对轨道摄动问题的研究方法以及进展,最后针对目前相对轨道摄动... 卫星在编队飞行过程中总受到各种摄动力的作用,由于轨道摄动直接影响卫星的寿命,研究卫星编队飞行相对轨道的摄动问题具有重要的意义。本文综述了国内外有关编队飞行卫星相对轨道摄动问题的研究方法以及进展,最后针对目前相对轨道摄动的研究现状,指出了进一步的研究方向。 展开更多

关键词 卫星编队飞行 相对轨道 摄动 C-W方程 轨道根数

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卫星编队飞行轨道和姿态控制研究 被引量：9

13

作者 张治国 李俊峰 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2008年第1期38-46,共9页

卫星编队飞行是一种卫星应用的新概念,通过一系列造价更便宜的小卫星的分布式合作,代替大卫星实现复杂功能.在编队飞行一些应用中,要求受控卫星对目标卫星保持要求的相对位置和姿态以观察目标卫星的特定面,特别的,目标卫星可能是失效的... 卫星编队飞行是一种卫星应用的新概念,通过一系列造价更便宜的小卫星的分布式合作,代替大卫星实现复杂功能.在编队飞行一些应用中,要求受控卫星对目标卫星保持要求的相对位置和姿态以观察目标卫星的特定面,特别的,目标卫星可能是失效的.研究在近地轨道如何控制追踪星在失效的目标卫星附近飞行以追踪目标卫星特定面的问题,给出了相对姿态和一阶近似的相对轨道动力学方程.基于线性反馈和Liapunov稳定性理论设计了控制策略.进一步的,考虑目标卫星转动惯量的不确定性,通过自适应控制的方法,获得正确的转动惯量比率.数值仿真算例验证了该控制方法的有效性. 展开更多

关键词 卫星编队飞行 相对轨道 相对姿态 动力学和控制

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卫星编队飞行的探测目标指向动力学与控制方法研究 被引量：3

14

作者 高有涛 陆宇平 徐波 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第3期1000-1005,1029,共7页

卫星编队飞行的相对轨道运动和姿态指向运动并不是彼此独立的,而是相互耦合的。利用几何学方法和编队卫星的相对位置与姿态指向的耦合关系推导了卫星编队飞行的姿态指向运动学和动力学方程。并运用指数趋近律滑模控制方法对系统进行耦... 卫星编队飞行的相对轨道运动和姿态指向运动并不是彼此独立的,而是相互耦合的。利用几何学方法和编队卫星的相对位置与姿态指向的耦合关系推导了卫星编队飞行的姿态指向运动学和动力学方程。并运用指数趋近律滑模控制方法对系统进行耦合控制。仿真结果表明:耦合控制系统在不借助额外姿态测量信息的情况下可同时实现相对位置和姿态指向的精确控制。 展开更多

关键词 卫星编队飞行 相对轨道 姿态指向 耦合系统 滑模控制

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卫星编队飞行的相对姿态控制 被引量：3

15

作者 吕建婷 曹喜滨 高岱 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第1期9-12,共4页

使用基于李亚普诺夫的控制方法,研究了双星编队飞行系统的相对姿态控制问题.考虑角速度可测和角速度信息不可测量两种情况,进行了状态反馈和输出反馈的姿态控制算法的设计,并通过李亚普诺夫方法证明了编队飞行系统全局渐近稳定性.最后... 使用基于李亚普诺夫的控制方法,研究了双星编队飞行系统的相对姿态控制问题.考虑角速度可测和角速度信息不可测量两种情况,进行了状态反馈和输出反馈的姿态控制算法的设计,并通过李亚普诺夫方法证明了编队飞行系统全局渐近稳定性.最后对给出的算法进行了数值仿真.结果表明,所设计的控制算法实现了编队卫星之间的姿态协同控制,是可行的、有效的. 展开更多

关键词 卫星编队飞行 相对姿态控制 输出反馈控制

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卫星编队飞行输出反馈姿态协同跟踪控制 被引量：2

16

作者 马广富 周稼康 +1 位作者 胡庆雷 晋小伟 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第10期2133-2139,共7页

针对卫星编队飞行姿态协同跟踪的控制过程中角速度信息不可测及外界常值干扰的问题,提出输出反馈协同控制器的设计方法。首先,利用绝对及相对姿态误差信息设计含有积分项的滤波器,并在控制器中引入滤波器的输出信息;同时,考虑到卫星的... 针对卫星编队飞行姿态协同跟踪的控制过程中角速度信息不可测及外界常值干扰的问题,提出输出反馈协同控制器的设计方法。首先,利用绝对及相对姿态误差信息设计含有积分项的滤波器,并在控制器中引入滤波器的输出信息;同时,考虑到卫星的模型不确定性,设计自适应估计器以对卫星的转动惯量进行在线估计。此外,论证了当卫星编队的通信拓扑结构满足无向树形结构的条件时,仅对任意一颗卫星期望姿态可知即可使整个系统协同收敛于期望值。设计的控制器无需卫星角速度信息即可使角速度信息协同达到期望值,并且引入积分项使得闭环控制系统对常值干扰有良好抑制效果,同时给出降低系统的信息通信压力的分析。最后将提出的算法应用于无需角速度信息反馈的卫星编队飞行的协同控制,仿真结果表明该方法的可行性与有效性,具有实际的应用前景。 展开更多

关键词 卫星编队飞行 姿态协同 输出反馈 自适应控制

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基于角速度观测器的卫星编队飞行相对姿态控制技术 被引量：3

17

作者 高有涛 陆宇平 徐波 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第7期1782-1788,共7页

建立了卫星编队飞行的相对姿态动力学和运动学模型。利用积分反步法,设计了能够保证控制系统稳定性的控制器和角速度观测器,使得卫星编队飞行控制系统在不安装星载角速度测量设备的情况下仍能保持对理想相对姿态的跟踪,利用Lyapunov稳... 建立了卫星编队飞行的相对姿态动力学和运动学模型。利用积分反步法,设计了能够保证控制系统稳定性的控制器和角速度观测器,使得卫星编队飞行控制系统在不安装星载角速度测量设备的情况下仍能保持对理想相对姿态的跟踪,利用Lyapunov稳定性理论证明了系统的指数稳定性。 展开更多

关键词 卫星编队飞行 相对姿态 非线性观测器 积分反步法

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精细指数积分法在卫星编队飞行动力学中的应用 被引量：4

18

作者 邓子辰 李庆军 《北京大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第4期669-675,共7页

编队飞行卫星间的距离远小于卫星的轨道半径,其动力学方程表现为弱非线性。针对弱非线性方程的求解,提出精细指数积分方法,用精细积分法求解指数积分方法中的指数矩阵。用精细指数积分法和RungeKutta方法,在不同条件下求解弱非线性方程... 编队飞行卫星间的距离远小于卫星的轨道半径,其动力学方程表现为弱非线性。针对弱非线性方程的求解,提出精细指数积分方法,用精细积分法求解指数积分方法中的指数矩阵。用精细指数积分法和RungeKutta方法,在不同条件下求解弱非线性方程的算例,验证了精细指数积分法的有效性。通过Lagrange方程,建立卫星编队飞行动力学方程的半线性形式,用精细指数积分方法与Runge-Kutta方法求解方程。数值计算结果表明,与同阶的Runge-Kutta求解弱非线性微分方程相比,精细指数积分法具有更高的精度,为卫星编队飞行动力学仿真提供了一种有效的数值算法。 展开更多

关键词 指数积分方法 精细积分法 卫星编队飞行 RUNGE-KUTTA方法

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小卫星编队飞行及其轨道构成 被引量：60

19

作者 林来兴 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2001年第1期23-28,共6页

由若干颗小卫星编队飞行组成一个分布式卫星 ,其功能相当或超过一颗大卫星 ,也称为虚拟卫星 ,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轨道构成 ;其次讨论虚拟卫星可能的应用实例。

关键词 编队飞行分布式卫星 虚拟卫星 小型卫星 分布式图形 轨道分析 小卫星

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卫星编队飞行的神经网络滑模控制(英文) 被引量：1

20

作者 高有涛 陆宇平 徐波 《应用科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2009年第6期651-656,共6页

该文推导卫星编队飞行的一般相对运动动力学模型,研究将指数趋近律滑模控制与神经网络控制相结合的卫星编队飞行控制方法,设计一种径向基神经网络参数调节器.实时调节指数趋近律的参数,从而取得滑动面的趋近速度和燃料消耗的最优平衡.... 该文推导卫星编队飞行的一般相对运动动力学模型,研究将指数趋近律滑模控制与神经网络控制相结合的卫星编队飞行控制方法,设计一种径向基神经网络参数调节器.实时调节指数趋近律的参数,从而取得滑动面的趋近速度和燃料消耗的最优平衡.采用指数趋近律滑模控制法,用饱和函数代替可能产生高频切换信号的开关函数,有效地削弱了滑模控制的抖动.二阶滑模控制结构保证了卫星编队的高精度控制.仿真结果表明了这一控制方法的有效性. 展开更多

关键词 卫星编队飞行 滑模控制 神经网络 抖振 鲁棒性

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