小衛(wèi)星編隊(duì)飛行隊(duì)形控制與仿真.pdf

1、利用小衛(wèi)星編隊(duì)飛行，多顆衛(wèi)星協(xié)同工作，組成一個(gè)巨大的“虛擬大衛(wèi)星”，依靠大的孔徑和測(cè)量基線，在完成單個(gè)大型空間飛行器功能的同時(shí)，大幅降低成本和風(fēng)險(xiǎn)，最大限度地消除衛(wèi)星故障對(duì)任務(wù)的影響。因此衛(wèi)星編隊(duì)飛行越來(lái)越引起人們的重視，將在電子偵察、立體成像，導(dǎo)航定位、衛(wèi)星遙感等方面發(fā)揮重要作用。本文重點(diǎn)對(duì)小衛(wèi)星編隊(duì)飛行進(jìn)行了以下幾方面的研究。 介紹了編隊(duì)飛行的相對(duì)動(dòng)力學(xué)表示方法，推導(dǎo)了參考星為圓軌道的Hill方程相對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)模型，給出了幾種常

2、見(jiàn)的編隊(duì)飛行隊(duì)形及其在Hill方程下需滿足的初始化條件。分析表明：以基于Hill方程和參考星軌道根數(shù)求得的環(huán)繞衛(wèi)星軌道根數(shù)為初始狀態(tài)，所形成編隊(duì)的隊(duì)形不能長(zhǎng)期保持穩(wěn)定，為此以圓形編隊(duì)為例，本文提出了Hill方程初始化條件修正，得到環(huán)繞星與參考星的軌道半長(zhǎng)軸近似相等，以使編隊(duì)隊(duì)形具有較高的穩(wěn)定性。 衛(wèi)星編隊(duì)飛行隊(duì)形在攝動(dòng)力的作用下不能保持穩(wěn)定，需要進(jìn)行編隊(duì)隊(duì)形保持控制。本文給出了以Hill方程為相對(duì)動(dòng)力學(xué)模型的線性二次型控制，并提

3、出了一種基于STK的控制仿真實(shí)現(xiàn)方法。利用STK中的嵌入式腳本(plug-in)，將由控制算法得到的隊(duì)形保持控制力，添加到STK軌道計(jì)算的力學(xué)模型中，從而進(jìn)行隊(duì)形保持控制。對(duì)控制后編隊(duì)隊(duì)形的穩(wěn)定性分析表明，為保持控制后編隊(duì)隊(duì)形的穩(wěn)定，隊(duì)形保持控制力停止作用的條件為：控制系統(tǒng)達(dá)到穩(wěn)態(tài)，且環(huán)繞星與參考星的軌道半長(zhǎng)軸相等。 如何減少能量消耗是編隊(duì)隊(duì)形長(zhǎng)期控制中的關(guān)鍵問(wèn)題之一。本文用參考星的緯度幅角與近地點(diǎn)幅角及初始時(shí)刻真近點(diǎn)角之差來(lái)代