航天器編隊保持控制與自主導(dǎo)航方法研究.pdf

1、 中圖分類號：V448.2 學(xué)校代碼：10213 U.D.C.: 629.78 密級：公開 工學(xué)碩士學(xué)位論文 航天器編隊保持控制與自主導(dǎo)航方法研究 碩 士 研 究 生： 董艷 導(dǎo) 師： 宋申民教授 申請學(xué)位級別： 工學(xué)碩士 學(xué) 科 、 專 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 航天器編隊飛行是一種新的航天器空間運行模式，憑借其巨大的技術(shù)優(yōu)勢、廣闊的應(yīng)用前景，從誕生之初就倍受青睞，被稱為代表未來航天發(fā)展趨勢的技術(shù)。同時，航天器編隊飛行技術(shù)本身面臨著巨大的技術(shù)挑戰(zhàn)，在動力學(xué)、控制、導(dǎo)航與應(yīng)用方面有很多問題等待研究。本文以橢圓參考軌道編隊飛行為研究背景，對航

3、天器編隊動力學(xué)問題、編隊構(gòu)型保持與星間自主導(dǎo)航方面的問題進行系統(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運動的描述，基于這些描述分析圓軌道與橢圓軌道上編隊繞飛的特性。重點考慮了 2 J 項攝動對構(gòu)型的影響，基于地球扁率一階攝動解，使用平根數(shù)建立相對攝動方程，利用該方程近似分析等半長軸繞飛編隊長期相對攝動規(guī)律。然后，針對橢圓參考軌道的編隊飛行系統(tǒng)，基于哈密爾頓-雅克比方程，推導(dǎo)基于生成函數(shù)來描述的編隊飛行

4、系統(tǒng)相對運動的線性狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣，并給出一種近似計算生成函數(shù)半解析解的方法，數(shù)值仿真驗證了模型的精度。 其次，針對編隊飛行衛(wèi)星隊形保持控制，以對地等張角繞飛編隊為背景設(shè)計相對軌道模型預(yù)測控制算法。模型預(yù)測控制算法是一種在線滾動優(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題，并且模型預(yù)測優(yōu)化問題可以轉(zhuǎn)換為在線求解二次規(guī)劃問題，最后通過仿真驗證其有效性。 最后，基于無線電相對測量方案，設(shè)計一種應(yīng)用于衛(wèi)星編隊的自主相