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Relative orbit estimation and formation keeping control of satellite formations in low Earth orbits

机译：相对轨道估计和编队对低地球轨道卫星编队的控制

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A new relative orbit estimation method and practical control scheme for satellite formation keeping is developed. We present the general formation description method based on the relative orbital elements and employ the extended particle filter for the relative orbit estimation using the relative distance, elevation, and azimuth measurements. The stability of the formation configuration is analyzed in the presence of the J2 perturbation and atmospheric drag. We propose a new control scheme for formation keeping, including the triple-impulse strategy for the in-plane motion, the single-impulse maneuver for the cross-track motion, and the time-optimal aerodynamic control for the along-track separation. The full analytical fuel-optimal triple-impulse solutions are then derived, which do not cause additional along-track drift compared with the conventional dual-impulse method. Effects of the thruster errors are also analyzed. Furthermore, the time-optimal aerodynamic control law for the along-track drift is presented. Simulation results show that the relative position estimation errors are within 2 × 10~(-2) m, and that of the relative velocity estimation are within 1 × 10~(-4)m/s. Moreover, the triple-impulse strategy is simple and effective, and the alone-track aerodynamic control precision is under 50 m.
机译：提出了一种新的相对轨道估计方法和实用的卫星编队控制方案。我们介绍了基于相对轨道要素的一般地层描述方法，并使用扩展粒子滤波器对相对距离，仰角和方位角进行了相对轨道估计。在存在J2扰动和大气阻力的情况下分析了地层构造的稳定性。我们提出了一种用于编队保持的新控制方案，包括用于面内运动的三脉冲策略，用于跨轨道运动的单脉冲操纵以及用于沿轨道分离的时间最优空气动力学控制。然后得出完整的分析燃料最优的三脉冲解，与传统的双脉冲方法相比，它不会引起额外的沿轨漂移。还分析了推进器误差的影响。此外，提出了沿航迹漂移的时间最优空气动力学控制律。仿真结果表明，相对位置估计误差在2×10〜（-2）m / s以内，相对速度估计在1×10〜（-4）m / s以内。而且，三冲策略简单有效，单轨气动控制精度在50 m以下。

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