小衛(wèi)星編隊(duì)飛行軌道設(shè)計(jì)與構(gòu)形保持控制研究.pdf

1、衛(wèi)星編隊(duì)利用幾顆小衛(wèi)星組成一定的形狀，構(gòu)成一顆大的“虛擬衛(wèi)星”，來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的單個(gè)復(fù)雜的大衛(wèi)星。它們之間相互合作，共同承擔(dān)任務(wù)，具有提高系統(tǒng)的靈活性和可靠性，增加任務(wù)的冗余度，降低運(yùn)行成本，超越單個(gè)大衛(wèi)星功能的優(yōu)點(diǎn)。因此衛(wèi)星編隊(duì)受到了人們的高度重視，將在電子偵察、導(dǎo)航定位、立體成像、衛(wèi)星遙感等方面發(fā)揮巨大作用。本文以衛(wèi)星編隊(duì)飛行為背景，重點(diǎn)研究衛(wèi)星編隊(duì)飛行相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型的建立以及構(gòu)形精確保持的問(wèn)題。本文的主要內(nèi)容如下：
　　以張量分析

2、為工具，研究編隊(duì)飛行的相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)表示方法，得到橢圓軌道下的Lawden方程，并基于幾個(gè)假設(shè)，得到圓形參考軌道下的HCW方程。研究自然Kepler軌道下，Lawden方程和HCW方程閉合解的問(wèn)題，并根據(jù)其各自的解，得到衛(wèi)星編隊(duì)周期性運(yùn)動(dòng)的初始條件。以HCW方程為基礎(chǔ)，給出幾種常見(jiàn)的編隊(duì)飛行隊(duì)形及其各自的初始條件。
　　引入變分思想，利用軌道六要素及其差值，研究編隊(duì)飛行的相對(duì)運(yùn)動(dòng)幾何學(xué)方法，得到不同偏心率下的編隊(duì)飛行相對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)描述

3、。以張量分析為工具建立的模型，是一種通用模型，可以從更深的層次，解釋運(yùn)動(dòng)的本質(zhì)，為后續(xù)的深層研究提供基礎(chǔ)。在建模過(guò)程中，采用變分的思想，可以避免復(fù)雜的矩陣運(yùn)算，并且其思想與微分類(lèi)似，可以得到基于變分的旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下物體的運(yùn)動(dòng)方程。幾何學(xué)方法所得到的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程，不需要進(jìn)行復(fù)雜的求解過(guò)程，利用軌道六要素及其差值，可直接進(jìn)行隊(duì)形構(gòu)造。
　　用編隊(duì)飛行中外界干擾的估計(jì)值構(gòu)造系統(tǒng)能量函數(shù)，根據(jù)Lyapunov穩(wěn)定判據(jù)，建立編隊(duì)飛行隊(duì)形保持的

4、自適應(yīng)魯棒控制律。控制律能夠克服外界有界但未知的干擾及模型不確定性的影響，使系統(tǒng)漸進(jìn)穩(wěn)定?？刂坡珊?jiǎn)捷、有效。
　　利用變分的思想，考慮地球扁率攝動(dòng)，主要是J2攝動(dòng)的影響，采用密切軌道要素或平均軌道要素及其各自差值，分別建立J2攝動(dòng)下的編隊(duì)衛(wèi)星相對(duì)運(yùn)動(dòng)學(xué)描述。模型更符合實(shí)際應(yīng)用情況，有助于編隊(duì)長(zhǎng)期在軌飛行，并為J2下編隊(duì)構(gòu)形保持控制策略的研究打下基礎(chǔ)。
　　本文采用張量分析為工具建立的模型，是一種通用模型，是對(duì)運(yùn)動(dòng)更深層次的描