小衛(wèi)星編隊飛行隊形控制與仿真.pdf

1、利用小衛(wèi)星編隊飛行，多顆衛(wèi)星協(xié)同工作，組成一個巨大的“虛擬大衛(wèi)星”，依靠大的孔徑和測量基線，在完成單個大型空間飛行器功能的同時，大幅降低成本和風(fēng)險，最大限度地消除衛(wèi)星故障對任務(wù)的影響。因此衛(wèi)星編隊飛行越來越引起人們的重視，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)對小衛(wèi)星編隊飛行進(jìn)行了以下幾方面的研究。 介紹了編隊飛行的相對動力學(xué)表示方法，推導(dǎo)了參考星為圓軌道的Hill方程相對運(yùn)動學(xué)模型，給出了幾種常

2、見的編隊飛行隊形及其在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)，所形成編隊的隊形不能長期保持穩(wěn)定，為此以圓形編隊為例，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軸近似相等，以使編隊隊形具有較高的穩(wěn)定性。 衛(wèi)星編隊飛行隊形在攝動力的作用下不能保持穩(wěn)定，需要進(jìn)行編隊隊形保持控制。本文給出了以Hill方程為相對動力學(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形保持控制力，添加到STK軌道計算的力學(xué)模型中，從而進(jìn)行隊形保持控制。對控制后編隊隊形的穩(wěn)定性分析表明，為保持控制后編隊隊形的穩(wěn)定，隊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軸相等。 如何減少能量消耗是編隊隊形長期控制中的關(guān)鍵問題之一。本文用參考星的緯度幅角與近地點(diǎn)幅角及初始時刻真近點(diǎn)角之差來代