航天器編隊(duì)保持控制與自主導(dǎo)航方法研究.pdf

1、 中圖分類(lèi)號(hào)：V448.2 學(xué)校代碼：10213 U.D.C.: 629.78 密級(jí)：公開(kāi) 工學(xué)碩士學(xué)位論文 航天器編隊(duì)保持控制與自主導(dǎo)航方法研究 碩 士 研 究 生： 董艷 導(dǎo) 師： 宋申民教授 申請(qǐng)學(xué)位級(jí)別： 工學(xué)碩士 學(xué) 科 、 專(zhuān) 業(yè)： 控制科學(xué)與工程 所 在 單 位

2、： 控制理論與制導(dǎo)技術(shù)研究中心 答 辯 日 期： 2009 年 6 月 授予學(xué)位單位： 哈爾濱工業(yè)大學(xué) 哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文 - I - 摘 要 航天器編隊(duì)飛行是一種新的航天器空間運(yùn)行模式，憑借其巨大的技術(shù)優(yōu)勢(shì)、廣闊的應(yīng)用前景，從誕生之初就倍受青睞，被稱(chēng)為代表未來(lái)航天發(fā)展趨勢(shì)的技術(shù)。同時(shí)，航天器編隊(duì)飛行技術(shù)本身面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)，在動(dòng)力學(xué)、控制、導(dǎo)航與應(yīng)用方面有很多問(wèn)題等待研究。本文以橢圓參考軌道編隊(duì)飛行為研究背景，對(duì)航

3、天器編隊(duì)動(dòng)力學(xué)問(wèn)題、編隊(duì)構(gòu)型保持與星間自主導(dǎo)航方面的問(wèn)題進(jìn)行系統(tǒng)和深入的研究。具體工作如下： 首先，從理論上分析目前研究較為廣泛的幾種相對(duì)運(yùn)動(dòng)的描述，基于這些描述分析圓軌道與橢圓軌道上編隊(duì)繞飛的特性。重點(diǎn)考慮了 2 J 項(xiàng)攝動(dòng)對(duì)構(gòu)型的影響，基于地球扁率一階攝動(dòng)解，使用平根數(shù)建立相對(duì)攝動(dòng)方程，利用該方程近似分析等半長(zhǎng)軸繞飛編隊(duì)長(zhǎng)期相對(duì)攝動(dòng)規(guī)律。然后，針對(duì)橢圓參考軌道的編隊(duì)飛行系統(tǒng)，基于哈密爾頓-雅克比方程，推導(dǎo)基于生成函數(shù)來(lái)描述的編隊(duì)飛行

4、系統(tǒng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的線性狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，并給出一種近似計(jì)算生成函數(shù)半解析解的方法，數(shù)值仿真驗(yàn)證了模型的精度。 其次，針對(duì)編隊(duì)飛行衛(wèi)星隊(duì)形保持控制，以對(duì)地等張角繞飛編隊(duì)為背景設(shè)計(jì)相對(duì)軌道模型預(yù)測(cè)控制算法。模型預(yù)測(cè)控制算法是一種在線滾動(dòng)優(yōu)化的閉環(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(wèn)題，并且模型預(yù)測(cè)優(yōu)化問(wèn)題可以轉(zhuǎn)換為在線求解二次規(guī)劃問(wèn)題，最后通過(guò)仿真驗(yàn)證其有效性。 最后，基于無(wú)線電相對(duì)測(cè)量方案，設(shè)計(jì)一種應(yīng)用于衛(wèi)星編隊(duì)的自主相