基于星間測(cè)量的編隊(duì)衛(wèi)星防碰撞規(guī)避研究.pdf

1、編隊(duì)衛(wèi)星技術(shù)是現(xiàn)代航天技術(shù)發(fā)展的一個(gè)前沿方向。而編隊(duì)中衛(wèi)星之間的碰撞規(guī)避問題是一個(gè)待解決的重要難題。本文以編隊(duì)衛(wèi)星為研究對(duì)象，針對(duì)編隊(duì)衛(wèi)星星間相對(duì)運(yùn)動(dòng)描述、相對(duì)軌道自主確定和防碰撞規(guī)避三個(gè)方面進(jìn)行研究，并通過數(shù)學(xué)仿真對(duì)其進(jìn)行驗(yàn)證。
　　采用Hill方程及其修正方法、軌道根數(shù)法和精確模型法對(duì)編隊(duì)衛(wèi)星進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)的描述，對(duì)前兩種方法進(jìn)行了公式推導(dǎo)，并對(duì)模型結(jié)果產(chǎn)生誤差的原因進(jìn)行分析。
　　對(duì)星間的測(cè)量方案進(jìn)行分析比較，提出“無線

2、電+激光”的高精度星間基線組合測(cè)量方案。使用EKF和UKF濾波算法進(jìn)行編隊(duì)衛(wèi)星的相對(duì)軌道的自主確定，通過仿真進(jìn)行了算法精度的比較。
　　針對(duì)測(cè)量序列中存在野值的情況，設(shè)計(jì)出基于殘差正交性的容錯(cuò)濾波器，實(shí)現(xiàn)對(duì)野值的剔除及在線修正，保證濾波器具有較強(qiáng)的魯棒性、穩(wěn)定性和精度。
　　針對(duì)僅進(jìn)行距離測(cè)量的系統(tǒng)，使用條件數(shù)對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行能觀測(cè)性分析，得出此時(shí)系統(tǒng)是不可完全被觀測(cè)的，其中狀態(tài)變量是不可觀測(cè)的。
　　針對(duì)編隊(duì)構(gòu)形調(diào)整時(shí)，激

3、光設(shè)備不可用，常規(guī)EKF和UKF在達(dá)到穩(wěn)態(tài)時(shí)將喪失對(duì)突變狀態(tài)跟蹤的情況，僅采用無線進(jìn)行相對(duì)距離、多普勒頻率和徑向速度的測(cè)量，使用強(qiáng)跟蹤UKF濾波器完成此過程的相對(duì)軌道自主確定。
　　采用Hill方程為動(dòng)力學(xué)模型，以濾波得到的相對(duì)軌道信息估計(jì)值作為反饋量，進(jìn)行防碰撞的規(guī)避研究。針對(duì)構(gòu)型調(diào)整和構(gòu)形失效重組兩種發(fā)生碰撞可能性最大的工況，采用數(shù)學(xué)規(guī)劃的方法，以燃料消耗最小為性能指標(biāo)，以防止碰撞、動(dòng)力學(xué)模型、發(fā)動(dòng)機(jī)推力極限作為約束條件，進(jìn)行