衛(wèi)星編隊飛行碰撞概率預測與避撞措施研究.pdf

1、衛(wèi)星編隊飛行是指若干顆衛(wèi)星組成特定的構形、協(xié)同完成空間任務，衛(wèi)星編隊在功能上相當于一顆巨大的虛擬衛(wèi)星。與傳統(tǒng)衛(wèi)星相比較，衛(wèi)星編隊具有成本低、性能強等明顯優(yōu)勢，空間應用前景廣闊。編隊衛(wèi)星在軌道上運行時會因為各種攝動因素的影響發(fā)生軌道漂移；宇宙空間碎片、外來飛行物體等也有可能穿越編隊軌道，因此在軌道設計中需要考慮這些潛在的碰撞威脅。 針對目前衛(wèi)星編隊碰撞概率預測研究只是基于圓參考軌道的現(xiàn)狀，本論文研究了橢圓軌道衛(wèi)星編隊飛行碰撞概率預

2、測的計算方法及避撞控制措施。論文首先介紹了描述橢圓軌道上衛(wèi)星相對運動的Lawden方程并給出了被動穩(wěn)定編隊軌道的周期性條件。然后，針對隨機預測中需要求解的時變Lyapunov微分方程，論文提出了基于分段常值精細積分的保辛攝動近似方法，引入?yún)^(qū)段混合能的概念，將原問題轉(zhuǎn)化為相應的Hamailton對偶方程所對應的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的求解；在Hamilton體系下，利用系統(tǒng)的保辛特性攝動求解。數(shù)值算例表明保辛攝動法提供了較高的數(shù)值精度和較好的數(shù)值穩(wěn)

3、定性。最后，建立了以Lawden方程為基礎的碰撞概率預測計算模型，在此基礎上給出了橢圓軌道衛(wèi)星編隊飛行碰撞概率預測計算的一般方法，并分析了隨機初始狀態(tài)、隨機環(huán)境干擾、軌道偏心率等因素對碰撞概率的影響。為避免衛(wèi)星碰撞且有效減少能量消耗，提出了基于瞬時校正速度的控制策略，并將其用于橢圓軌道上的衛(wèi)星編隊避撞控制。數(shù)值算例驗證了該算法的有效性。 本論文的主要工作為：基于保辛攝動的橢圓軌道衛(wèi)星編隊飛行碰撞概率預測算法，以及橢圓軌道上的衛(wèi)星