衛(wèi)星編隊(duì)飛行碰撞概率預(yù)測(cè)與避撞措施研究.pdf

1、衛(wèi)星編隊(duì)飛行是指若干顆衛(wèi)星組成特定的構(gòu)形、協(xié)同完成空間任務(wù)，衛(wèi)星編隊(duì)在功能上相當(dāng)于一顆巨大的虛擬衛(wèi)星。與傳統(tǒng)衛(wèi)星相比較，衛(wèi)星編隊(duì)具有成本低、性能強(qiáng)等明顯優(yōu)勢(shì)，空間應(yīng)用前景廣闊。編隊(duì)衛(wèi)星在軌道上運(yùn)行時(shí)會(huì)因?yàn)楦鞣N攝動(dòng)因素的影響發(fā)生軌道漂移；宇宙空間碎片、外來(lái)飛行物體等也有可能穿越編隊(duì)軌道，因此在軌道設(shè)計(jì)中需要考慮這些潛在的碰撞威脅。 針對(duì)目前衛(wèi)星編隊(duì)碰撞概率預(yù)測(cè)研究只是基于圓參考軌道的現(xiàn)狀，本論文研究了橢圓軌道衛(wèi)星編隊(duì)飛行碰撞概率預(yù)

2、測(cè)的計(jì)算方法及避撞控制措施。論文首先介紹了描述橢圓軌道上衛(wèi)星相對(duì)運(yùn)動(dòng)的Lawden方程并給出了被動(dòng)穩(wěn)定編隊(duì)軌道的周期性條件。然后，針對(duì)隨機(jī)預(yù)測(cè)中需要求解的時(shí)變Lyapunov微分方程，論文提出了基于分段常值精細(xì)積分的保辛攝動(dòng)近似方法，引入?yún)^(qū)段混合能的概念，將原問(wèn)題轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的Hamailton對(duì)偶方程所對(duì)應(yīng)的狀態(tài)轉(zhuǎn)移矩陣的求解；在Hamilton體系下，利用系統(tǒng)的保辛特性攝動(dòng)求解。數(shù)值算例表明保辛攝動(dòng)法提供了較高的數(shù)值精度和較好的數(shù)值穩(wěn)

3、定性。最后，建立了以L(fǎng)awden方程為基礎(chǔ)的碰撞概率預(yù)測(cè)計(jì)算模型，在此基礎(chǔ)上給出了橢圓軌道衛(wèi)星編隊(duì)飛行碰撞概率預(yù)測(cè)計(jì)算的一般方法，并分析了隨機(jī)初始狀態(tài)、隨機(jī)環(huán)境干擾、軌道偏心率等因素對(duì)碰撞概率的影響。為避免衛(wèi)星碰撞且有效減少能量消耗，提出了基于瞬時(shí)校正速度的控制策略，并將其用于橢圓軌道上的衛(wèi)星編隊(duì)避撞控制。數(shù)值算例驗(yàn)證了該算法的有效性。 本論文的主要工作為：基于保辛攝動(dòng)的橢圓軌道衛(wèi)星編隊(duì)飛行碰撞概率預(yù)測(cè)算法，以及橢圓軌道上的衛(wèi)星