小衛(wèi)星編隊(duì)飛行相對(duì)導(dǎo)航與隊(duì)形控制技術(shù)研究.pdf

1、本文以衛(wèi)星編隊(duì)技術(shù)為背景，針對(duì)微小衛(wèi)星編隊(duì)飛行星間相對(duì)導(dǎo)航與隊(duì)形控制兩個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題開(kāi)展深入研究。主要研究?jī)?nèi)容涉及衛(wèi)星編隊(duì)動(dòng)力學(xué)模型及典型軌道、相對(duì)軌道測(cè)量方案、隊(duì)形調(diào)整控制算法與避免碰撞方法等，具體工作如下：
　　首先，建立衛(wèi)星編隊(duì)飛行相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型。基于二體假設(shè)，建立星間相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)該模型進(jìn)行線性化處理，從而簡(jiǎn)化運(yùn)動(dòng)方程。推導(dǎo)Hill方程解析解，得到滿足相對(duì)繞飛軌跡閉合的約束條件。根據(jù)Hill方程解析解，設(shè)計(jì)典型軌道

2、構(gòu)形：空間圓形編隊(duì)、地平面投影圓形編隊(duì)及同軌跡串行編隊(duì)。
　　其次，針對(duì)編隊(duì)飛行衛(wèi)星間相對(duì)導(dǎo)航的需求，提出一種以激光測(cè)距儀為測(cè)量工具的觀測(cè)方案。采用擴(kuò)展卡爾曼濾波算法與Unscented卡爾曼濾波算法對(duì)衛(wèi)星間相對(duì)位置及速度進(jìn)行估計(jì)，并采用觀測(cè)矩陣定量分析法對(duì)所設(shè)計(jì)的觀測(cè)方案的可觀測(cè)性進(jìn)行分析。
　　最后，對(duì)衛(wèi)星編隊(duì)飛行隊(duì)形調(diào)整控制技術(shù)開(kāi)展研究，分別采用比例微分控制算法和基于勢(shì)函數(shù)的控制方法，并應(yīng)用Lyapunov穩(wěn)定性理論對(duì)

3、控制算法穩(wěn)定性進(jìn)行分析?；谝陨峡刂品椒ㄔO(shè)計(jì)一種具有防碰撞功能的隊(duì)形調(diào)整控制方法，對(duì)該過(guò)程星間碰撞度進(jìn)行限制，實(shí)現(xiàn)避免碰撞的目的。
　　本論文相關(guān)的數(shù)學(xué)仿真檢驗(yàn)了相對(duì)導(dǎo)航觀測(cè)方案的可行性、EKF與UKF算法的收斂性，并從收斂時(shí)間、收斂精度及計(jì)算量等方面進(jìn)行比較，得出各算法的優(yōu)缺點(diǎn)；驗(yàn)證了設(shè)計(jì)控制算法可實(shí)現(xiàn)任務(wù)要求，并通過(guò)比較控制算法的收斂時(shí)間、控制精度、能量消耗等性能指標(biāo)得出比例微分控制算法整體性能優(yōu)于勢(shì)函數(shù)控制方法的結(jié)論。本文所