预警卫星是导弹防御系统的重要组成部分,其主要功能包括导弹发射点和落点估计,轨道预报及动能拦截武器的引导。按照轨道高度划分,预警卫星系统又分为高轨和低轨两种。目前针对高轨预警卫星的研究已经日渐成熟,2018年初,美国将GEO-4成功发射入轨,标志着本国SBIRS系统(高轨预警卫星部分)全面部署完成。然而低轨预警卫星由于组网庞大且技术复杂,尚未投入正式使用,但是由于其战略意义的重要,也引来世界各国群雄逐鹿。本文以美国STSS系统(低轨预警卫星部分)为蓝本,对低轨预警卫星系统的空间覆盖、多目标跟踪、多星联合调度以及预警系统仿真问题进行深入研究。主要研究成果如下:(1)综述和分析了当前世界先进预警卫星系统的相关情况本文主要收集了美俄预警卫星的构型、部署、发展计划和相关卫星的功能性能参数等有关信息,剖析了我国在本领域发展所面临的难题,可为我国研发和部署自己的预警卫星系统提供参考。(2)提出了预警卫星覆盖及跟踪能力分析方法针对低轨预警卫星的特点,建立了星座模型、空间覆盖模型以及目标自由段的跟踪模型。采用网格分析法,对不同高度的天球进行覆盖计算,求解了低轨预警星座的空间覆盖能力。采用顺序跟踪策略和立体观测模式,对星座的多目标跟踪能力进行了计算。(3)提出了预警卫星预测式调度方法预警星座具有多目标跟踪能力,如何调度卫星实现星座整体预警效果最优是亟待解决的难题。本文提出了一种基于任务分解的预警调度方法,将动态调度过程转换为静态区间调度,简化了卫星-目标的对应可视关系。并开发出了以多层编码遗传算法为核心的求解框架,制定了包含卫星贡献度、切换频率、使用负载在内的调度优化指标。仿真结果表明了该方法的有效性。(4)提出了预警卫星反应式调度方法战场态势瞬息万变,一次性的调度方案已经不能满足实战需求,需要根据突发事件不断调整调度方案。如何有效应对突发事件,保证任务顺利完成是预警卫星调度研究的另一难题。从攻防对抗的角度,本文针对敌方来袭目标突然增加和己方部分预警卫星失效两种突发事件,分别制定了调度策略,构建了抢占-修复式调度模型,并引入了调度稳定性指标。通过仿真算例,不仅表明了新方案的合理性,也分析了多个调度评价指标的相关性,为综合决策提供支持。(5)提出了预警卫星系统仿真建模规范和模型服务方法预警卫星系统的研发和部署是一个长期而复杂的过程。本文基于仿真理论,结合预警卫星系统领域知识,制定出了一整套建模规范以约束仿真模型的开发。将模型驱动理论实践化,开发出了包含仿真引擎、调试软件等一系列模型服务工具。(6)构建了通用仿真平台和预警卫星数值试验仿真系统本文采用自主研发的通用仿真平台对预警卫星原型系统进行了数值仿真试验。试验包括预警策略分析,预警全过程仿真,应急任务仿真和其他专题仿真。分析了预警卫星星座构型的优劣、空间覆盖能力、多目标探测能力。验证了预警卫星调度策略,子系统接口及飞行阶段和控制指令的正确性。研究了突发事件对预警效果的影响。本文研究工作直接面向预警卫星星座的若干重要问题,开发了模型、仿真技术、调度算法和仿真软件等。因此,本文具有突出的工程应用价值和一定的理论意义。