文档介绍：国防科学技术大学
博士学位论文
编队卫星周期性相对运动轨道设计与构形保持研究
姓名:杏建军
申请学位级别:博士
专业:航空宇航科学与技术
指导教师:唐国金
20071001
摘要具体的编队飞行任务对编队构形提出的约束;二是轨道约束,即寻找自然环境下线性条件和项摄动条件下、笛卡尔坐标形式的相对动力学方程,为后续的研究精度不同的原因,提出了一种修正方法,使动力学法和运动学法的精度达到一致。反的、研究编队卫星相对动力学的新思想。利用这种思想,给出了形式简单的瓾条件下编队卫星轨道设计的一般方法,重新设计了圆参考轨道和椭圆参考轨道几种经典的编队构形,避免了原有基于线性化方法设计结果中的长期漂移。针对摄动条件下编队卫星轨道设计的复杂性,给出了应用数值优化算法进行编队卫星轨借鉴经典动力学中约束力的思想,提出了一种新的编队卫星相对构形高精度保持的控制方法——约束力控制法,该方法可以在充分利用编队卫星动力学方程卫星编队飞行技术可以使用若干个小卫星代替传统单个复杂的大卫星,并且具有提高系统灵活性,增加任务冗余度,超越传统单个大卫星功能的特点,因此在近几年受到国内外航天界的广泛重视,成为研究热点。本文以卫星编队飞行为背景,重点研究了编队卫星轨道设计和构形精确保持问题。编队卫星轨道设计和构形保持必须满足两个重要约束:一是任务约束,即周期性相对绕飞构形的约束。编队卫星轨道设计与构形保持的主要目的就是以较小的代价满足这两个约束。本文的主要研究内容如下:从编队卫星的相对能量角度出发,基于拉格朗日方法给出了一般情况下编队卫星相对动力学方程的矢量表达式。基于矢量形式的动力学方程,分别推导了非建立了动力学基础。基于能量匹配原理,提出了一种只需进行代数运算,就可确定编队卫星周期性相对运动条件,即轨道约束的的新方法。利用这种新方法:给出了非线性和椭圆参考轨道等条件下编队卫星周期性相对运动条件的解析表达式;分析了传统的动力学法与运动学法在描述编队相对运动时精度不一致的问题,研究了两种方法以编队卫星周期性相对运动条件为约束条件,提出了一种与传统动力学法相方程的周期解,使椭圆参考轨道编队卫星的轨道设计与圆参考轨道一样方便;应用形式简单直观的瓾方程的周期解,设计了运行在椭圆参考轨道上几种特殊的编队构形,将编队卫星的应用范围从传统的圆参考轨道方便地推广到椭圆参考轨道。以非线性条件下编队卫星周期性相对运动条件为基础,系统地提出了非线性道设计的一般方法。特点、即空间自然力的条件下,实现任意复杂构形的精确保持,高精度地满足任意具体编队飞行任务提出的任务约束。国防科学技术大学研究生院博士学位论文第.
本文从相对能量角度出发的研究思路,相对运动的研究中;提出的约束力控制法,系统的控制问题中。可应用于自然天体和绳系卫星等对象可应用于具有任意等式约束的动力学主题词:编队卫星;周期性相对运动;轨道设计;构形保持;任务约束;轨道约束;能量匹配;椭圆参考轨道;非线性;约束力控制法国防科学技术大学研究生院博士学位论文第页
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表目录表三种不同方式设计的水平圆构形⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.表参考卫星轨道根数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表动力学法设计的水平圆编队⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表运动学法设计的水平圆编队⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表参考卫星的轨道根数与伴随卫星的构形参数⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表两种方法设计的串形编队⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯.表两种方法设计的空间圆编队⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表两种方法设计的水平圆编队⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表椭圆参考轨道两种方法设计的串形编队⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表椭圆参考轨道两种方法设计的水平圆编队⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表椭圆参考轨道两种方法设计的水平面直线编队⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表椭圆参考轨道两种方法设计的平面圆编队⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表甒方程设计的空间圆编队⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯表非线性方法设计的空间圆编队⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。国防科学技术大学研究生院博士学位论文第页
图目录图采用二阶修正方法设计结果时伴随卫星的相对运动⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯..图采用二阶修正方法设计结果时编队卫星构形的演化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯。图采用二阶修正方法设计结果时稀疏编队的长期相对运动⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯图采用二阶修正方法设计结采时稀疏编队构形的长期演化⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯