衛(wèi)星編隊(duì)飛行隊(duì)形控制與重構(gòu)技術(shù)研究.pdf

1、衛(wèi)星編隊(duì)飛行是一種嶄新的航天器空間在軌運(yùn)行模式，憑借其巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)和廣闊的應(yīng)用前景，從研究之初就備受關(guān)注，是一種能夠代表未來(lái)航天發(fā)展趨勢(shì)的技術(shù)。同時(shí)，衛(wèi)星編隊(duì)飛行對(duì)目前的航天技術(shù)提出了巨大挑戰(zhàn)，在動(dòng)力學(xué)、相對(duì)導(dǎo)航、隊(duì)形控制等方面還有許多問(wèn)題有待深入研究。
　　本文以近地軌道衛(wèi)星編隊(duì)飛行為研究背景，對(duì)衛(wèi)星編隊(duì)的動(dòng)力學(xué)、相對(duì)導(dǎo)航、隊(duì)形保持、隊(duì)形重構(gòu)以及衛(wèi)星編隊(duì)飛行應(yīng)用于空間軌道的封鎖等問(wèn)題進(jìn)行了較為深入的研究和探討。主要研究?jī)?nèi)容包括

2、：
　　編隊(duì)衛(wèi)星數(shù)學(xué)模型的建立和隊(duì)形設(shè)計(jì)。分別從動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)角度出發(fā)，建立了兩種衛(wèi)星編隊(duì)飛行的數(shù)學(xué)模型，推導(dǎo)了這兩種數(shù)學(xué)模型之間的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，在此基礎(chǔ)之上，分析了地球非球形引力、大氣阻力和太陽(yáng)光壓等軌道攝動(dòng)力對(duì)編隊(duì)飛行的影響，然后針對(duì)主星在圓或橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)，進(jìn)行了隊(duì)形設(shè)計(jì)。
　　衛(wèi)星編隊(duì)飛行相對(duì)導(dǎo)航研究。本文提出了激光測(cè)距儀測(cè)量、特征光點(diǎn)與CCD相機(jī)組合測(cè)量、激光測(cè)距儀和特征光點(diǎn)組合測(cè)量三種不同的衛(wèi)星編隊(duì)飛行相對(duì)測(cè)量方

3、案，利用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法、Unscented卡爾曼濾波算法和粒子濾波算法對(duì)星間相對(duì)導(dǎo)航問(wèn)題進(jìn)行了深入的研究，仿真結(jié)果表明無(wú)論是估計(jì)精度還是收斂速度，Unscented卡爾曼濾波在相對(duì)導(dǎo)航應(yīng)用中都要優(yōu)于擴(kuò)展卡爾曼濾波，而粒子濾波對(duì)于系統(tǒng)噪聲是非高斯白噪聲的情況具有較強(qiáng)的適應(yīng)性。
　　衛(wèi)星編隊(duì)飛行的隊(duì)形保持和控制研究。根據(jù)衛(wèi)星編隊(duì)飛行的動(dòng)力學(xué)模型，提出了線性二次型調(diào)節(jié)器控制和勢(shì)函數(shù)控制兩種不同的控制方案。線性二次型調(diào)節(jié)器控制主要是針

4、對(duì)主星在近圓軌道上運(yùn)動(dòng)，無(wú)攝動(dòng)的情況，而勢(shì)函數(shù)控制理論可以適用于主星在任意橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)，有攝動(dòng)的情況，數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證了這兩種不同控制方法的有效性。
　　衛(wèi)星編隊(duì)飛行隊(duì)形重構(gòu)研究。研究了基于多種約束條件下的編隊(duì)衛(wèi)星隊(duì)形重構(gòu)技術(shù)。根據(jù)隊(duì)形重構(gòu)的特點(diǎn)，推導(dǎo)了防止星間碰撞、燃料消耗均衡和控制力限幅等約束條件，將編隊(duì)的隊(duì)形重構(gòu)問(wèn)題歸結(jié)為代數(shù)方程求解問(wèn)題，提出了基于非線性規(guī)劃和遺傳算法的求解思路，數(shù)學(xué)仿真驗(yàn)證了方法的可行性。
　　衛(wèi)星編

5、隊(duì)飛行軌道封鎖研究。文中探討了軌道封鎖機(jī)理和本質(zhì)，研究了主星在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)情況下，編隊(duì)衛(wèi)星軌道封鎖問(wèn)題，數(shù)學(xué)仿真顯示，利用編隊(duì)衛(wèi)星進(jìn)行空間軌道封鎖是可以實(shí)現(xiàn)的。
　　總之，本文以理論分析與仿真計(jì)算相結(jié)合的方式，對(duì)近地軌道航天器編隊(duì)飛行的動(dòng)力學(xué)、導(dǎo)航、控制以及應(yīng)用進(jìn)行了有益的研究和探討，提出了若干解決編隊(duì)控制和應(yīng)用問(wèn)題的方法，對(duì)于其它軌道上的航天器編隊(duì)飛行的相關(guān)研究也具有借鑒意義，將為我國(guó)分布式航天器技術(shù)的理論研究和實(shí)際應(yīng)用提供參