衛(wèi)星編隊相對狀態(tài)確定與控制算法研究.pdf

1、與傳統(tǒng)的單顆大衛(wèi)星相比，衛(wèi)星編隊的功能更強大、結(jié)構(gòu)更靈活，是未來航天發(fā)展的必然趨勢。而衛(wèi)星編隊任務(wù)的實現(xiàn)依賴于編隊衛(wèi)星之間的相對狀態(tài)的確定和控制精度，星間相對狀態(tài)包括相對位置、速度和相對姿態(tài)和姿態(tài)角速度。本文以“微小衛(wèi)星編隊飛行演示驗證方案論證”為研究背景，研究了基于無線電相對測量的星間相對狀態(tài)確定和控制算法。具體工作如下：
　　首先，著重研究了編隊衛(wèi)星相對軌道和姿態(tài)自主確定方法。針對Hill方程的不足，推導(dǎo)了一組包含J2項攝動的

2、相對軌道運動方程。對相對軌道確定，星間測量采用無線電測量距離和方位角方式，并設(shè)計了Unscented卡爾曼濾波器，對相對位置、速度進行估計；對相對姿態(tài)確定，由衛(wèi)星自身攜帶的姿態(tài)敏感器實現(xiàn)單星高精度姿態(tài)確定，利用星間通信鏈路進行信息交互，通過簡單的數(shù)學(xué)計算獲得星間相對姿態(tài)。最后通過仿真表明，這兩種方法皆能提供較為精確的相對狀態(tài)；
　　其次，針對編隊飛行衛(wèi)星隊形初始化控制設(shè)計了相對軌道模型預(yù)測控制器。模型預(yù)測控制算法是一種在線滾動優(yōu)化

3、的閉環(huán)控制算法，能夠較好地控制存在狀態(tài)約束、控制約束等各種約束控制問題，并且模型預(yù)測優(yōu)化問題可以轉(zhuǎn)換為在線求解線性規(guī)劃問題，最后通過仿真驗證其有效性；
　　最后，考慮到多數(shù)編隊任務(wù)對星間相對姿態(tài)控制精度有著較高的要求，本文以雙星編隊為例，在前面兩章的研究基礎(chǔ)上，設(shè)計了基于目標(biāo)視線的衛(wèi)星編隊相對姿態(tài)完全分布式變結(jié)構(gòu)協(xié)同控制律，并利用李雅普諾夫原理證明了控制律的穩(wěn)定性。仿真結(jié)果表明，這該控制律能夠在存在各種干擾力矩及衛(wèi)星模型的不確定性