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军用侦察卫星星座技术研究

作　者: 王海丽
导　师: 戴金海
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 飞行器设计
关键词: 空间观测卫星星座时差定位轨道机动零控流型 H_∞控制
分类号: V474.27
类　型: 博士论文
年　份: 2001年
下　载: 954次
引　用: 20次
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内容摘要

军用侦察卫星星座是指由多颗侦察卫星构成的一个卫星群，它们通过协同工作来完成在一定时间、空间分辨率约束下的情报、监视和侦察（ISR）任务。本文认为卫星协同与自治的研究是进行军用侦察卫星星座研究的一个重要领域，因此论文围绕卫星协同与自治的一些关键问题进行研究。卫星精密轨道预报是卫星动力学研究的基础，而成熟的通用工程仿真平台，如 MATRIXx、MATLAB的应用将使仿真计算的效率与可靠性提高。本文利用MATRIXx 对卫星精密轨道预报进行了仿真实现，并讨论了MATRIXx在航天动力学的应用问题。卫星星座是多颗卫星进行协同的主要形式，本文讨论了仿真与解析相结合的全球覆盖卫星星座的设计方法，同时提出了卫星星座空间观测的区域覆盖与全球覆盖判别算法，并进行了证明，在此基础上，对美国天基红外系统（SBIRS）进行了性能推测与分析。σ 星座构型是解决侦察卫星星座区域覆盖的有效方法，本文在二体假设和考虑地球J2项影响两种情况下对σ星座进行了设计。本文还利用仿真方法对在轨运行的低轨卫星星座的性能损失情况进行了分析。三星时差定位星座由三颗具有一定几何构型的卫星协同完成对目标的定位。本文讨论了三星时差定位星座对固定目标定位的两种定位方法：利用单个观测时刻数据的定位和利用多个观测时刻数据的定位。论文利用非线性Kalman滤波设计了三星时差定位星座对运动目标的定位定速算法；根据定位误差的解析公式，利用仿真方法分析了三星时差定位星座的星座构型和卫星高度等因素对定位精度的影响规律，并依据定位精度影响规律，研究了三星时差定位星座的星座设计问题。卫星轨道机动是卫星自治的首要条件，它是相位保持、相位机动、交会对接的基础。本文提出了基于零控流型的卫星轨道机动方法，并对此方法所涉及的具体问题进行了研究。本文利用卫星精密轨道预报的结果作为基准轨道，解决了控制基准的问题；利用H_∞ 控制理论和 PWPF调制器解决了轨控小发动机常推力控制问题。

全文目录

中文摘要  4-5
英文摘要  5-6
第一章绪论  6-12
  1．1 军用侦察卫星星座的问题分析  6-8
  1．2 国内外研究现状与趋势  8-9
  1．3 论文组织及主要研究内容  9-10
  1．4 论文的创新性成果  10-12
第二章卫星轨道预报的仿真  12-25
  2．1 卫星轨道动力学模型  12-14
  2．2 基于MATRIXx的卫星轨道预报仿真软件  14-18
  2．3 基于MATRIXx的航天动力学仿真的研究  18-23
  2．4 小结  23-25
第三章卫星星座的分析与设计  25-53
  3．1 卫星星座全球连续覆盖的仿真分析与优化  25-31
  3．2 卫星星座空间观测的分析与研究  31-36
  3．3 SBIRS低轨星座的分析  36-41
  3．4 区域覆盖星座的分析与研究  41-46
  3．5 星座性能损失与恢复  46-51
  3．6 小结  51-53
第四章三星时差定位星座的分析与设计  53-78
  4．1 坐标系及坐标转换  53-54
  4．2 定位基本原理  54-55
  4．3 定位解算与定位精度  55-66
  4．4 卫星簇参数对定位精度的影响规律分析  66-72
  4．5 三星时差定位卫星簇的设计  72-76
  4．6 小结  76-78
第五章卫星轨道机动的问题研究  78-110
  5．1 战争中轨道机动的需求与性能初步分析  78-83
  5．2 基于零控流型的卫星轨道机动方法研究  83-84
  5．3 鲁棒控制简介  84-92
  5．4 PWPF调制器  92-94
  5．5 卫星轨道机动控制器的设计  94-106
  5．6 卫星轨道机动仿真  106-109
  5．7 小结  109-110
第六章总结与展望  110-112
致谢  112-113
参考文献  113-119
附录  119

军用侦察卫星星座技术研究

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