卫星编队飞行动力学仿真及其应用
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全国仿真技术学术会议论文集
卫星编队飞行动力学仿真及其应用
林来兴
（北京控制工程研究所，北京&"""’"）
摘要：由若干颗小卫星编队飞行组成一个虚拟卫星，其功能相当或超过一颗大卫星。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应用，其次研究轨道动力学。系统地研究编队飞行三种动力学模型，最后进行电子侦
察卫星和区域导航系统两个型号数学仿真，分析研究各种数学模型的精度和它们的应用场合。
关键词：编队飞行；动力学；电子侦察卫星；区域导航
中图分类号：()#*&+*文献标识码：,
!引言
由若干颗小卫星编队飞行组成一定形状的飞行轨迹，以分布方式构成“虚拟卫星”，或称网络卫星，由这种卫星组成的星座，称为网络星座。
从应用入手，研究卫星编队飞行完全是一个创新和开拓性任务，非常富有挑战性。文献［&］研究了小卫星绕飞轨道动力学和控制，这是卫星编队飞行的一个特例，也是最简单的编队飞行，仅在同一轨道平面内编队，而且研究动力学模型只停留在线性化的-.//方程。国内外也有学者对卫星编队飞行进行过研究［!］，并获得一些很好结果，但是大部份仅从简化模型或者仅从控制策略某一方面研究。本文从应用入手，根据实际应用需求，比较系统地研究编队飞行三种动力学模型，并且比较这些模型的差别和适合的应用场合。
"编队飞行组成虚拟卫星的概念和应用
以某一点为基准，由若干颗小卫星构成一个特定形状，且每颗小卫星绕地球飞行的轨道周期都相同。各小卫星互相协同工作来实现单颗大卫星的功能。任务功能由整个编队飞行的星群来完成，整个星群就构成一个大的“虚拟卫星”。在这里，单颗小卫星基本不能发挥作用（这与通常的星座不一样），或者发挥作用很有限。
有关编队飞行具体应用详见文献［#］，下面简要介绍几种：
&）分布式星载微波雷达卫星
采用’颗小卫星编队飞行组成分布式雷达卫星。轨道高度’""01，编队为圆形，直径约2""34""1。无线电频率&"5-6，雷达工作模式有三种：!带状成像；"垂直飞行方向干涉；#平行飞行方向干涉。本系统可以全天时、全天候观测地面目标。可望达到的技术指标：地面目标分辨率&3!1（水平）和#341（高度）；地面覆盖宽度几万米，同时可测地面缓慢移动目标的速度（43&"0178）。
!）三维编队飞行组成电子侦察卫星
2颗小卫星圆形编队飞行，圆中心有一颗主星，在圆周均匀分布#颗辅助星。这2颗小卫星组成#组，每组两颗卫星，可测地面雷达辐射源到这组卫星时间差和频差的复合定位方法，得出地面雷达三维位置。轨道高度为&"""01，倾角为%#+29，编队圆形半径为43&"01。对地面雷达侦察三维定位精度可望优于&""1。
#）分布式气象卫星
由#颗小卫星以二维编队飞行组成分布式气象卫星，两颗小卫星在主星前后的同一轨道平面内，与主星相距几十千米（具体数据取决三维立体成像技术要求）。#颗卫星同时观测同一气象景物，可提供当地气象云团三维立体成像数据，分辨率约在&01左右。
2）间歇式区域无源导航卫星
采用#32颗小卫星均匀分布在圆形编队周边，采用多普勒频移导航，也可采用5):导航。当2颗导航星飞过用户上空，用户同时接收2颗导航星发出的导航信息，经过处理得出用户精确定位。当轨道高度为4""01，编队飞行半径约在几十千米时，导航定位精度在几十米左右。若轨道为一天回归，则可为该地区每天提供两次定位，故称区域间歇式导航。
4）高分辨率合成孔径光学静止侦察卫星
在地球同步轨道上（#+%;&"201），以<颗小卫星（中心&颗，圆周分布%颗，圆半径4"1）组成多孔径光干涉（光学综合孔径）测量。圆周%颗小卫星把观测光反射到中心卫星，圆周上的小卫星为收集器，它的光学镜头直径约!"3#"=1。中心小卫星为合成器（进行光干涉）。现正在进行理论研究，若能突破面光源干涉，则可望达到的技术指标为：地面目标分辨率为"+43&1；覆盖区域为&""01;&""01；连续观测，重访时间为零。
#编队飞行动力学
根据需要，小卫星编队飞行在理论上可以设计任意队
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万方数据