《分布式卫星编队设计与控制》依托我国第一代分布式卫星装备研制,以及“十二五”高分专项分布式卫星编队关键技术攻关研究成果,围绕分布式卫星系统编队设计与控制技术,系统地阐述了分布卫星编队设计、测量和控制的基本理论与方法,着重阐述了编队构形设计、相对导航、构形维持与重构、姿态协同控制和姿轨耦合控制方法,以及编队地面半物理仿真验证技术。主要内容包括卫星编队基础知识、卫星编队受摄建模与作用机理、典型卫星编队构形设计方法、卫星编队相对导航方法、通信约束下的编队姿态协同控制方法、基于气动力的编队姿轨耦合控制方法,以及编队技术地面半物理仿真验证方法。
《分布式卫星编队设计与控制》内容丰富,工程实用性强,可供从事航天任务设计的研究人员和工程设计人员参考,也可作为高等院校飞行器设计及相关专业研究生和高年级本科生的参考教材。
高分辨率对地观测系统工程是《国家中长期科学和技术发展规划纲要(2006-2020年)》部署的16个重大专项之一,它具有创新引领并形成工程能力的特征,2010年5月开始实施。高分辨率对地观测系统工程实施十年来,成绩斐然,我国已形成全天时、全天候、全球覆盖的对地观测能力,对于引领空间信息与应用技术发展,提升自主创新能力,强化行业应用效能,服务国民经济建设和社会发展,保障国家安全具有重要战略意义。
在高分辨率对地观测系统工程全面建成之际,高分辨率对地观测工程管理办公室、中国科学院高分重大专项管理办公室和国防工业出版社联合组织了《高分辨率对地观测前沿技术》丛书的编著出版工作。丛书见证了我国高分辨率对地观测系统建设发展的光辉历程,极大丰富并促进了我国该领域知识的积累与传承,必将有力推动高分辨率对地观测技术的创新发展。
丛书具有3个特点。一是系统性。丛书整体架构分为系统平台、数据获取、信息处理、运行管控及专项技术5大部分,各分册既体现整体性又各有侧重,有助于从各专业方向上准确理解高分辨率对地观测领域相关的理论方法和工程技术,同时又相互衔接,形成完整体系,有助于提高读者对高分辨率对地观测系统的认识,拓展读者的学术视野。二是创新性。丛书涉及国内外高分辨率对地观测领域基础研究、关键技术攻关和工程研制的全新成果及宝贵经验,吸纳了近年来该领域数百项国内外专利、上千篇学术论文成果,对后续理论研究、科研攻关和技术创新具有指导意义。三是实践性。丛书是在已有专项建设实践成果基础上的创新总结,分册作者均有主持或参与高分专项及其他相关国家重大科技项目的经历,科研功底深厚,实践经验丰富。
丛书5大部分具体内容如下:系统平台部分主要介绍了快响卫星、分布式卫星编队与组网、敏捷卫星、高轨微波成像系统、平流层飞艇等新型对地观测平台和系统的工作原理与设计方法,同时从系统总体角度阐述和归纳了我国卫星遥感的现状及其在6大典型领域的应用模式和方法。数据获取部分主要介绍了新型的星载/机载合成孔径雷达、面阵/线阵测绘相机、低照度可见光相机、成像光谱仪、合成孔径激光成像雷达等载荷的技术体系及发展方向。信息处理部分主要介绍了光学、微波等多源遥感数据处理、信息提取等方面的新技术以及地理空间大数据处理、分析与应用的体系架构和应用案例。运行管控部分主要介绍了系统需求统筹分析、星地任务协同、接收测控等运控技术及卫星智能化任务规划,并对异构多星多任务综合规划等前沿技术进行了深入探讨和展望。专项技术部分主要介绍了平流层飞艇所涉及的能源、囊体结构及材料、推进系统以及位置姿态测量系统等技术,高分辨率光学遥感卫星微振动抑制技术、高分辨率SAR有源阵列天线等技术。
丛书的出版作为建党100周年的一项献礼工程,凝聚了每一位科研和管理工作者的辛勤付出和劳动,见证了十年来专项建设的每一次进展、技术上的每一次突破、应用上的每一次创新。丛书涉及30余个单位,100多位参编人员,自始至终得到了军委机关、国家部委的关怀和支持。在这里,谨向所有关心和支持丛书出版的领导、专家、作者及相关单位表示衷心的感谢!
高分十年,逐梦十载,在全球变化监测、自然资源调查、生态环境保护、智慧城市建设、灾害应急响应、国防安全建设等方面硕果累累。我相信,随着高分辨率对地观测技术的不断进步,以及与其他学科的交叉融合发展,必将涌现出更广阔的应用前景。高分辨率对地观测系统工程将极大地改变人们的生活,为我们创造更加美好的未来!
第1章 绪论
1.1 分布式卫星编队系统
1.2 卫星编队系统应用现状
1.2.1 卫星编队技术验证项目发展现状
1.2.2 卫星编队在轨项目发展现状
1.3 卫星编队系统理论技术研究现状
1.3.1 卫星编队动力学建模与设计方法研究现状
1.3.2 卫星编队相对状态测量方法研究现状
1.3.3 卫星编队控制方法研究现状
1.4 卫星编队地面仿真验证技术研究现状
1.5 小结
第2章 卫星编队基础理论
2.1 坐标系定义
2.2 卫星编队轨道动力学模型
2.2.1 非线性化编队轨道动力学模型
2.2.2 线性化编队轨道动力学模型
2.3 卫星编队轨道运动学模型
2.3.1 编队状态相对运动模型
2.3.2 轨道根数差相对运动模型
2.4 卫星姿态运动模型
2.4.1 姿态运动描述
2.4.2 姿态运动学模型
2.4.3 姿态动力学模型
2.5 编队优化控制基础
2.5.1 控制系统稳定性判据
2.5.2 编队控制图论基础
2.5.3 编队控制优化方法
2.6 小结
第3章 卫星编队受摄建模与作用机理
3.1 卫星轨道主要摄动力建模
3.1.1 地球非球谐J2项摄动
3.1.2 大气阻力摄动
3.2 主要摄动力编队受摄建模
3.2.1.J2项摄动力编队受摄建模
3.2.2 大气阻力编队受摄建模
3.3 编队受摄发散机理分析
3.3.1 编队构形参数发散机理分析
3.3.2 编队初始误差发散机理分析
3.4 典型任务编队受摄发散算例
3.5 小结
第4章 典型卫星编队构形设计方法
4.1 编队构形设计约束集
4.1.1 周期性与对称性约束
4.1.2 J2项摄动稳定约束
4.1.3 被动安全性约束
4.1.4 星间避免互射约束
4.2 编队构形设计目标集
4.2.1 应用任务优化目标
4.2.2 控制性能优化目标
4.3 通用构形优化设计流程
4.4 典型构形解析设计方法
4.4.1 空间圆构形解析设计
……
第5章 卫星编队相对导航方法
第6章 燃料最优编队构形维持控制方法
第7章 燃料最优编队构形重构控制方法
第8章 通信约束编队姿态协同控制方法
第9章 基于气动力的编队姿轨耦合控制方法
第10章 编队技术地面半物理仿真试验系统
参考文献