基于凸優(yōu)化理論的航天器群智能碰撞規(guī)避技術(shù)研究.pdf

1、隨著微機電、微電子技術(shù)與分布式衛(wèi)星系統(tǒng)的發(fā)展以及空間在軌目標(biāo)數(shù)量的不斷增長，衛(wèi)星朝著小型化、分布式協(xié)作、自主管理的方向發(fā)展。由微小衛(wèi)星構(gòu)成的航天器群是當(dāng)前航天器編隊技術(shù)的一個新的發(fā)展方向，而航天器群因空間任務(wù)需要在進(jìn)行編隊構(gòu)形重構(gòu)過程中因外界因素與不確定因素的影響，難免在重構(gòu)過程中會發(fā)生星間的碰撞問題，因此星間的碰撞規(guī)避問題已經(jīng)成為研究編隊重構(gòu)過程中一個重要課題。本文以運行在低地球軌道的航天器群為研究對象,（編隊成員數(shù)大于等于10），針

2、對航天器間的相對運動動力學(xué)模型、航天器群編隊重構(gòu)防碰撞軌跡規(guī)劃和航天器群的模型預(yù)測控制進(jìn)行了研究，通過數(shù)值仿真對其進(jìn)行了驗證。
　　首先，通過對國內(nèi)外關(guān)于碰撞規(guī)避問題相關(guān)文獻(xiàn)的調(diào)研分析，對航天器群編隊衛(wèi)星空間碰撞規(guī)避的相關(guān)技術(shù)及其相關(guān)研究進(jìn)展進(jìn)行了全面的介紹。給出了編隊衛(wèi)星空間碰撞規(guī)避技術(shù)的框架結(jié)構(gòu)、關(guān)鍵技術(shù)和涉及的相關(guān)理論問題，對碰撞規(guī)避主要技術(shù)問題的研究進(jìn)展進(jìn)行了綜述。
　　其次，定義了空間坐標(biāo)系，基于C-W方程、軌道根

3、數(shù)法與相對軌道要素法對航天器群編隊飛行的相對運動進(jìn)行了描述，并對相對運動方程的推導(dǎo)進(jìn)行了描述，分析了動力學(xué)模型各自的特點。
　　再次，假設(shè)在地球低軌近圓參考軌道下，根據(jù)高精度的相對運動方程結(jié)合凸優(yōu)化理論，以燃料消耗最小為性能指標(biāo)給出了航天器群重構(gòu)防碰撞軌跡規(guī)劃問題，通過對軌跡規(guī)劃問題進(jìn)行凸優(yōu)化處理，進(jìn)而將規(guī)劃問題轉(zhuǎn)化為凸優(yōu)化問題，發(fā)展了離散的SCP算法，然后利用凸優(yōu)化工具箱 CVX進(jìn)行求解。利用凸優(yōu)化問題求解迅速的特點解決了群重構(gòu)