衛(wèi)星編隊飛行隊形控制與重構技術研究.pdf

1、衛(wèi)星編隊飛行是一種嶄新的航天器空間在軌運行模式，憑借其巨大的技術優(yōu)勢和廣闊的應用前景，從研究之初就備受關注，是一種能夠代表未來航天發(fā)展趨勢的技術。同時，衛(wèi)星編隊飛行對目前的航天技術提出了巨大挑戰(zhàn)，在動力學、相對導航、隊形控制等方面還有許多問題有待深入研究。
　　本文以近地軌道衛(wèi)星編隊飛行為研究背景，對衛(wèi)星編隊的動力學、相對導航、隊形保持、隊形重構以及衛(wèi)星編隊飛行應用于空間軌道的封鎖等問題進行了較為深入的研究和探討。主要研究內容包括

2、：
　　編隊衛(wèi)星數學模型的建立和隊形設計。分別從動力學和運動學角度出發(fā)，建立了兩種衛(wèi)星編隊飛行的數學模型，推導了這兩種數學模型之間的坐標轉換關系，在此基礎之上，分析了地球非球形引力、大氣阻力和太陽光壓等軌道攝動力對編隊飛行的影響，然后針對主星在圓或橢圓軌道上運動，進行了隊形設計。
　　衛(wèi)星編隊飛行相對導航研究。本文提出了激光測距儀測量、特征光點與CCD相機組合測量、激光測距儀和特征光點組合測量三種不同的衛(wèi)星編隊飛行相對測量方

3、案，利用擴展卡爾曼濾波算法、Unscented卡爾曼濾波算法和粒子濾波算法對星間相對導航問題進行了深入的研究，仿真結果表明無論是估計精度還是收斂速度，Unscented卡爾曼濾波在相對導航應用中都要優(yōu)于擴展卡爾曼濾波，而粒子濾波對于系統(tǒng)噪聲是非高斯白噪聲的情況具有較強的適應性。
　　衛(wèi)星編隊飛行的隊形保持和控制研究。根據衛(wèi)星編隊飛行的動力學模型，提出了線性二次型調節(jié)器控制和勢函數控制兩種不同的控制方案。線性二次型調節(jié)器控制主要是針

4、對主星在近圓軌道上運動，無攝動的情況，而勢函數控制理論可以適用于主星在任意橢圓軌道上運動，有攝動的情況，數學仿真驗證了這兩種不同控制方法的有效性。
　　衛(wèi)星編隊飛行隊形重構研究。研究了基于多種約束條件下的編隊衛(wèi)星隊形重構技術。根據隊形重構的特點，推導了防止星間碰撞、燃料消耗均衡和控制力限幅等約束條件，將編隊的隊形重構問題歸結為代數方程求解問題，提出了基于非線性規(guī)劃和遺傳算法的求解思路，數學仿真驗證了方法的可行性。
　　衛(wèi)星編

5、隊飛行軌道封鎖研究。文中探討了軌道封鎖機理和本質，研究了主星在橢圓軌道上運動情況下，編隊衛(wèi)星軌道封鎖問題，數學仿真顯示，利用編隊衛(wèi)星進行空間軌道封鎖是可以實現的。
　　總之，本文以理論分析與仿真計算相結合的方式，對近地軌道航天器編隊飛行的動力學、導航、控制以及應用進行了有益的研究和探討，提出了若干解決編隊控制和應用問題的方法，對于其它軌道上的航天器編隊飛行的相關研究也具有借鑒意義，將為我國分布式航天器技術的理論研究和實際應用提供參