椭圆轨道近距离相对导航与姿轨一体化控制方法研究

来源 :国防科学技术大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:gaohenghao
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
本文以两航天器近距离操作任务为研究背景,深入研究了椭圆轨道近距离相对导航与姿轨一体化控制方法,所提出的方法均适用于目标航天器(主星)轨道为椭圆或近圆轨道情形。全文主要研究成果如下:研究了基于标志点静态几何关系的航天器相对位姿确定方法。选取三分量的修正罗德里格参数(MRPs)作为姿态描述参数,推导了基于MRPs的视觉导航(VISNAV)观测模型1,采用非线性最小二乘法求解航天器相对位置和姿态,为后续设计的导航滤波器提供初值。综合考虑了标志点位置误差噪声和VISNAV系统测量噪声两方面影响,推导了观测误差噪声阵并将其用于非线性最小二乘算法中。仿真结果表明,标志点位置误差噪声对相对位置和姿态测量精度影响较大;随着主从星之间距离的接近,系统的可观测性越来越好,相对位置和姿态估计精度也越来越高。研究了基于状态估计的近距离相对导航方法。基于VISNAV观测模型2,提出了一种新的基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的航天器间相对位姿确定算法。与传统算法相比,该算法额外估计了两航天器体系相对于主星当地轨道坐标(LVLH)系的姿态,从而不必要去做主星本体系与其LVLH系重合这一假设,其实质是不需要先验的主星的绝对姿态信息。在此基础上,进一步提出了基于容积卡尔曼滤波(CKF)的航天器间相对位姿确定算法,并利用传播的四元数容积点集的加权平均值作为参考四元数,对所提的CKF导航滤波器进行了改进,在一定程度上提高了滤波性能。针对主星失控翻滚情形,推导了在缺少主星惯性参数和角速度先验信息条件下的相对位姿确定算法。蒙特卡洛仿真表明,观测标志点数目达到3个及以上时,所设计的滤波器均能够准确地估计相对位置、速度、姿态、主星角速度以及惯量比矢量。随着观测标志点数目的增加,估计精度也随之提高。研究了基于对偶代数的航天器姿轨一体化控制方法。建立了基于对偶代数的航天器轨/姿运动学和动力学模型,并在此基础上推导了基于对偶代数的姿轨耦合误差动力学方程,证明了其与传统的相对转动和相对平动误差动力学方程一致。研究了基于对偶代数的航天器姿轨一体化控制方法,基于Lyapunov稳定性理论证明了该方法的全局收敛性,并基于线性规划模型设计了控制分配算法,实现了全推力器姿轨一体化控制。仿真结果表明设计的姿轨一体化控制算法是有效的,并且对质量和转动惯量的不确定性以及外界扰动具有较好的鲁棒性。研究了两种空间高精度姿态机动控制方法:一种是基于路径规划和线性二次调节(LQR)反馈控制相结合的姿态机动控制方法;另一种是模型误差预测控制(MEPC)方法。针对采用单框架控制力矩陀螺(SGCMG)系统作为执行机构的航天器大角度姿态机动任务,提出了一种基于路径规划和LQR反馈控制相结合的姿态机动控制方法。针对固定时间能量最优和准时间最优两种情形,采用Radau伪谱法优化机动路径并回避奇异状态,将最优控制量作为参考输入,并利用基于LQR的最优反馈控制方法消除初始偏差、模型不确定性以及外界扰动等影响。针对参数不确定性以及外界干扰等情形,进一步研究了模型误差预测控制方法。该方法利用预测滤波方法来确定模型误差,从而可以有效地补偿由参数模型误差和外界扰动引起的误差。
其他文献
政府工作报告摘要$$按照“生产空间集约高效、生活空间宜居适度、生态空间山清水秀”要求,围绕国家生态文明建设示范市创建,全域推进“大景区”“大花园”建设,加快建设美丽乡村
报纸
蠕动式压电驱动器具有驱动力大、速度低和定位精度较高的特点,被广泛应用于微驱动平台和扫描电镜等设备中。随着航天工程的快速发展,一些特殊功用的航天飞行器需要低速直线、
通过花生盆栽试验的方法,研究了复混肥中添加EDDHA-Fe、柠檬酸铁和硫酸亚铁后对土壤pH、铁的有效性和花生产量的影响,以及不同形态的铁在石灰性土壤中的形态转化,以期探讨不
<正>未来,中国和其他亚洲新兴市场国家的LNG需求仍将保持快速增长,但政治、替代能源、投资不确定和运力风险等因素,将加大LNG船建造市场的波动。LNG船航运市场发展情况(一)全
培养小学生自主学习能力是社会发展的需要。小学生学习的过程不仅是个体各方面素质动态发展的过程,更是培养自主学习能力的过程。基于此,文章对小学生自主学习能力的培养策略进
以吉林省西部为例,探讨土地退化与环境自然因子的耦合关系;利用ArcGIS9.2的空间分析模块,通过空间插值、统计分析、多因素叠置分析等多种空间分析方法,分析了地下水分布、地
目的探讨硫酸镁联合硝苯地平对子痫前期患者血清同型半胱氨酸(HCY)、胎盘生长因子(PLGF)及妊娠的影响。方法随机选取子痫前期患者60例,分为观察组和对照组各30例,观察组使用
起飞器在地外天体表面起飞时,发动机在近真空环境下喷出的急速膨胀的高温高速羽流,会对起飞平台造成冲击并诱发振动,同时也会对起飞器产生力、热综合效应,形成起飞器起飞的扰