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《国防科学技术大学》 2010年
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卫星跟飞编队控制问题研究

杨雪榕  
【摘要】:随着航天科学技术的发展,人类对空间资源的开发越来越深入。卫星跟飞编队控制技术是空间服务和空间对抗的关键性基础技术,对它的研究将为卫星编队发展提供重要的技术支持。本文以对空间非合作目标进行跟踪编队飞行服务应用为研究背景,开展了跟飞编队控制相关问题研究,主要内容如下: (1)跟飞编队构型设计:在给出本文研究的跟飞编队问题所涉及的基本概念和相对动力学方程的基础上,提出了任务约束下的跟飞构型设计方案,推导了满足任务约束的构型初始化约束条件,给出了典型构型参数,为跟飞编队构型设计奠定了基础。 (2)轨道交会控制与优化:在对跟飞编队问题涉及的交会任务进行分析的基础上,研究了基于Lambert冲量交会方法的交会控制算法,提出了考虑观测的双冲量交会求解算法;针对经典粒子群算法计算效率低下的问题,提出了多邻域改进粒子群算法,通过经典算法验证,该算法效率远优于现有一些算法;随后,提出了基于粒子群算法的有限推力轨道转移控制优化方案,解决了轨道交会控制的求解与优化问题。 (3)跟飞编队自主导航:针对跟飞编队的相对导航问题,设计了虚拟观测量及相应的测量矩阵,避免了求解雅可比矩阵的复杂计算;提出了模型误差在线估计算法,算法能够适应不同构型尺寸的编队导航需求;在此基础上,提出了基于自适应扩展卡尔曼滤波的相对导航算法,算法具有较快的收敛速度和较高的估计精度;为了提高稳态情况下的导航估计精度,进一步提出了基于超球面分布采样变换的无迹卡尔曼滤波(UKF)跟飞编队导航算法,算法估计精度明显优于扩展卡尔曼滤波。 (4)跟飞编队控制:在给出跟飞控制问题基本假设和标称构型方案的基础上,进行了绝对轨道参数预报偏差影响分析,给出了推力脉冲控制脉宽调制解决方案;针对构型捕获与重构控制问题,提出了沿径向等速转移重构方案,解决了视线约束下的构型重构问题;提出了跟飞编队李亚普诺夫控制律,该控制律能够完成大偏差下的构型捕获与重构控制;为了提高稳态控制精度,提出了基于椭圆参考轨道的线性二次型调节器编队精确保持控制律,算法在轨道面内和法向方向进行独立控制,具有较高的构型保持精度。 (5)编队安全防碰撞:在完成编队碰撞影响因素分析的基础上,提出了碰撞因素解决策略;提出了基于拟瞬时最大碰撞概率的碰撞预警策略和基于变尺度直接逼近算法的编队碰撞预警算法,该算法明显提高了碰撞预警计算效率。 (6)编队分布式仿真系统:为了解决卫星编队分布式仿真系统的设计与开发问题,提出了分布式仿真软件三层设计开发模式,并以此给出了编队分布式仿真系统的总体设计方案;通过对卫星编队仿真数据管理任务的分析,提出了卫星编队仿真通用数据管理系统方案,该方案能够完成各种复杂仿真数据的管理任务,使得数据重用和管理更加便利。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:V448.2

【引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 赵暾;编队卫星星间碰撞及防碰撞技术研究[D];国防科学技术大学;2011年
【参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 杜小平,赵继广,崔占忠;航天器位置姿态的光学测量方法研究[J];兵工学报;2004年01期
2 刘勇;徐世杰;;基于SSUKF的航天器自主导航算法[J];北京航空航天大学学报;2007年02期
3 孙文科;低轨道人造卫星(CHAMP、GRACE、GOCE)与高精度地球重力场——卫星重力大地测量的最新发展及其对地球科学的重大影响[J];大地测量与地球动力学;2002年01期
4 李芳;王岩飞;闫鸿慧;张冰尘;;分布式卫星SAR沿航迹干涉编队构型优化[J];电子与信息学报;2007年06期
5 刘也;余安喜;朱炬波;;编队卫星轨道参数的量测融合估计[J];电子与信息学报;2007年11期
6 王建琦,曹喜滨,孙兆伟;基于UKF算法的航天器自主导航研究[J];飞行力学;2004年02期
7 刘世元,刘春保,刘林;卫星轨道变化规律的综合分析[J];飞行器测控学报;2005年03期
8 杨维,李歧强;粒子群优化算法综述[J];中国工程科学;2004年05期
9 崔海英;李俊峰;高云峰;;椭圆参考轨道的卫星编队队形保持控制设计[J];工程力学;2007年04期
10 张玉锟,戴金海,王石,任萱;基于Hill方程的编队卫星群运动分析与轨道设计[J];国防科技大学学报;2000年06期
中国博士学位论文全文数据库 前7条
1 张玉锟;卫星编队飞行的动力学与控制技术研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
2 张柯;联邦全过程全系统管理方法及技术研究[D];国防科学技术大学;2005年
3 郝继刚;分布式卫星编队构形控制研究[D];国防科学技术大学;2006年
4 张健;分布式卫星自主构形重构技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
5 王华;交会对接的控制与轨迹安全[D];国防科学技术大学;2007年
6 杏建军;编队卫星周期性相对运动轨道设计与构形保持研究[D];国防科学技术大学;2007年
7 罗亚中;空间最优交会路径规划策略研究[D];国防科学技术大学;2007年
【共引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王成华;高文梅;李成;;粒子群优化算法搜索土坡临界非圆弧滑动面[J];四川建筑科学研究;2007年05期
2 刘延明;陆克芬;方崇;;基于投影寻踪和粒子群优化算法的南宁市内河水质综合评价研究[J];安徽农业科学;2009年26期
3 ;Study on relative orbital configuration in satellite formation flying[J];Acta Mechanica Sinica;2005年01期
4 ;J_2 invariant relative orbits via differential correction algorithm[J];Acta Mechanica Sinica;2007年05期
5 ;Adaptive control for autonomous rendezvous of spacecraft on elliptical orbit[J];Acta Mechanica Sinica;2009年04期
6 ;The J_2 invariant relative configuration of spaceborne SAR interferometer for digital elevation measurement[J];Acta Mechanica Sinica;2010年04期
7 赵英国;;应用粒子群优化算法设计多层微波吸收材料[J];安庆师范学院学报(自然科学版);2011年04期
8 梅胜全;梅小平;;应用免疫粒子群算法进行边坡稳定性分析[J];地下空间与工程学报;2009年06期
9 刘伟华;隋青美;;基于粒子群算法的FBG峰值波长检测技术[J];半导体光电;2007年06期
10 熊宇虹;温志渝;;基于粒子群算法的分段波长选择方法[J];半导体光电;2008年06期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 范业坤;梁新荣;;基于粒子群优化的高速公路匝道PI控制器[A];第二十七届中国控制会议论文集[C];2008年
2 姚郁;谢瑞强;霍鑫;;基于相对轨道根数的绕飞轨道最优机动策略[A];第二十九届中国控制会议论文集[C];2010年
3 潘长鹏;张立民;陈洁;;基于Agent的智能反舰导弹协同攻击仿真中的通讯机制研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
4 吉莉;刘昆;项军华;;内编队重力场测量卫星约束非线性模型预测控制[A];中国自动化学会控制理论专业委员会A卷[C];2011年
5 杨雪榕;王兆魁;梁加红;;跟飞编队构型的Lyapunov控制研究[A];中国自动化学会控制理论专业委员会B卷[C];2011年
6 李华山;闫野;周英;;基于LSM和SRUKF联合滤波算法空间非合作目标相对状态自主确定[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
7 沈如松;杨雪榕;;基于粒子群算法的小推力同步轨道入轨优化[A];中国自动化学会控制理论专业委员会C卷[C];2011年
8 陈宏宇;吴会英;赵灵峰;;基于卫星编队时差测量的简易导航系统[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
9 高照照;杨慧;李美红;袁莉芳;王海红;武向军;;基于脉冲变轨原理的导航GEO卫星最优复合变轨策略[A];第三届中国卫星导航学术年会电子文集——S03精密定轨与精密定位[C];2012年
10 彭先涛;张凯举;;加热炉炉温优化与控制方法的研究现状及发展趋势[A];全国冶金自动化信息网2012年年会论文集[C];2012年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 乔梁;信源定位的可观测性及跟踪技术研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
2 戴运桃;粒子群优化算法研究及其在船舶运动参数辨识中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
3 谭佳琳;粒子群优化算法研究及其在海底地形辅助导航中的应用[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 朱怡;潜艇航行训练模拟器模型简化与参数优化研究[D];哈尔滨工程大学;2009年
5 刘振宇;基于RFID与TD-SCDMA的家电生产过程信息追溯技术研究[D];中国海洋大学;2009年
6 高雪瑶;语义特征造型的与历程无关技术的研究[D];哈尔滨理工大学;2009年
7 石善斌;静止轨道多星共位技术研究[D];解放军信息工程大学;2009年
8 江刚武;空间目标相对位置和姿态的抗差四元数估计[D];解放军信息工程大学;2009年
9 吴星;卫星重力梯度数据处理理论与方法[D];解放军信息工程大学;2009年
10 吴云龙;GOCE卫星重力梯度测量数据的预处理研究[D];武汉大学;2010年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 赫英毅;毫米波段基于TE_(21)模差网络设计[D];中国工程物理研究院;2009年
2 邵晓路;蚁群群体智能网络可视化试验平台研制[D];浙江理工大学;2010年
3 李东起;基于VxWorks的水下目标探测跟踪研究[D];哈尔滨工程大学;2010年
4 韩君;近期数据流频繁项集挖掘[D];大连理工大学;2010年
5 闫兆法;基于多模态粒子群优化的社会网络分析研究[D];大连理工大学;2010年
6 卢晓伟;基于GPU的数据流处理方法研究[D];大连理工大学;2010年
7 刘畅;基于概要的数据流管理系统的研究与实现[D];大连理工大学;2010年
8 朱琳琳;求解约束优化问题的两个非线性Lagrange函数[D];辽宁师范大学;2010年
9 杨洋;含模糊参数不可修复系统的模糊可靠性研究[D];辽宁工程技术大学;2009年
10 马文龙;水源井储量预估系统的研究与实现[D];辽宁工程技术大学;2009年
【同被引文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 王华;李海阳;唐国金;;飞行器碰撞概率计算的一般方法[J];国防科技大学学报;2006年04期
2 杨雪榕;陈忠贵;赵健康;梁加红;;编队卫星碰撞因素分析[J];国防科技大学学报;2009年05期
3 周东华,王桂增;第五讲 故障诊断技术综述[J];化工自动化及仪表;1998年01期
4 黄海滨;马广富;庄宇飞;;编队卫星队形重构防碰撞最优轨迹规划[J];航空学报;2010年09期
5 张元章;;在轨物体碰撞预报的并行算法[J];航天器环境工程;2009年S1期
6 刘洋;易东云;王正明;;编队卫星的状态测量方法综述及可行的高精度星间基线测量方案研究[J];航天控制;2006年03期
7 周东华,王庆林;基于模型的控制系统故障诊断技术的最新进展[J];自动化学报;1995年02期
8 叶昊,王桂增,方崇智;小波变换在故障检测中的应用[J];自动化学报;1997年06期
9 叶银忠,潘日芳,蒋慰孙;动态系统的故障检测与诊断方法(综述)[J];信息与控制;1985年06期
10 陈谷仓,王元钦,马宏,王天祥;小卫星分布式雷达空间状态测量方法[J];装备指挥技术学院学报;2005年04期
中国博士学位论文全文数据库 前2条
1 王华;交会对接的控制与轨迹安全[D];国防科学技术大学;2007年
2 杏建军;编队卫星周期性相对运动轨道设计与构形保持研究[D];国防科学技术大学;2007年
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 白显宗;空间目标碰撞预警中的碰撞概率问题研究[D];国防科学技术大学;2008年
【二级引证文献】
中国硕士学位论文全文数据库 前1条
1 张永斌;基于概率计算与状态预测的UAV编队研究[D];大连理工大学;2013年
【二级参考文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张丽艳;戚发轫;李颐黎;;交会对接远距离导引精度分析[J];北京航空航天大学学报;2006年06期
2 严建新,麦中凡,田子钧;软件并行工程[J];北京航空航天大学学报;1997年01期
3 宁津生,罗志才;卫星跟踪卫星技术的进展及应用前景[J];测绘科学;2000年04期
4 柯宏发,刘义,唐新强;卫星通信系统对抗途径分析[J];电讯技术;2003年01期
5 杨遵;雷虎民;;采用粒子群优化算法规划无人机侦察航路[J];电光与控制;2007年02期
6 杨春平,吴健,何毅;激光雷达在空间交会对接中的应用[J];电子科技大学学报;1999年04期
7 宁津生;卫星重力探测技术与地球重力场研究[J];大地测量与地球动力学;2002年01期
8 孔向东,钟万勰;非线性系统动力学微分代数方程约束违约的自动修正[J];大连理工大学学报;1999年01期
9 周荫清,徐华平,陈杰;分布式小卫星合成孔径雷达研究进展[J];电子学报;2003年S1期
10 吕振肃,侯志荣;自适应变异的粒子群优化算法[J];电子学报;2004年03期
中国博士学位论文全文数据库 前5条
1 王海丽;军用侦察卫星星座技术研究[D];国防科学技术大学;2001年
2 韦娟;双基站卫星群布设分析及控制研究[D];西北工业大学;2002年
3 张玉锟;卫星编队飞行的动力学与控制技术研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年
4 贺勇军;面向效能优化的复杂多卫星系统综合建模与仿真方法研究[D];国防科学技术大学;2004年
5 叶媛媛;多UCAV协同任务规划方法研究[D];国防科学技术大学;2005年
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1 田志刚;智能多目标优化理论及工程应用研究[D];大连理工大学;2003年
2 刘磊;星载干涉式合成孔径雷达卫星编队构形设计[D];国防科学技术大学;2004年
【相似文献】
中国期刊全文数据库 前10条
1 张锦绣;曹喜滨;董晓光;王继河;;Drag-free卫星编队的发展现状和趋势研究[J];哈尔滨工业大学学报;2010年05期
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3 徐爱民;谭谦;于志坚;吕志平;;卫星编队相对动力学方程稳定性分析[J];测绘科学技术学报;2008年05期
4 刘建平,梁甸农,何峰;主星带伴随微小卫星编队SAR系统的模糊性分析[J];系统工程与电子技术;2004年10期
5 文竹;周荫清;陈杰;;分布式小卫星SAR回波信号精确仿真方法研究[J];宇航学报;2006年05期
6 胡敏;曾国强;姚红;;基于相对轨道根数的卫星编队重构控制研究[J];装备指挥技术学院学报;2010年01期
7 刘凯;罗建军;周文勇;;基于相对轨道要素的卫星编队构型重构制导算法[J];西北工业大学学报;2007年03期
8 李伟;赵黎平;;低轨编队卫星构形保持的模糊PID控制[J];计算机仿真;2010年04期
9 冯成涛;王惠南;刘海颖;;基于虚拟结构的卫星编队机动控制[J];系统工程与电子技术;2011年01期
10 雪丹;曹喜滨;吴云华;吴宝林;;基于轨道根数差的卫星编队自主定轨研究[J];系统仿真学报;2006年10期
中国重要会议论文全文数据库 前10条
1 陈宏宇;吴会英;赵灵峰;陈凡胜;;基于时差测量的卫星编队简易导航系统研究[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第七届学术年会论文集[C];2010年
2 陈宏宇;吴会英;赵灵峰;;基于卫星编队时差测量的简易导航系统[A];第二届中国卫星导航学术年会电子文集[C];2011年
3 冯孝辉;李京生;邓忠民;;摄动影响下卫星编队队形控制方法研究[A];北京力学会第14届学术年会论文集[C];2008年
4 吴志刚;谭述君;钟万勰;;卫星编队重构的均衡耗能最优控制方法[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集(下)[C];2007年
5 李新洪;曾国强;王兆魁;;分布式卫星编队仿真系统[A];’2004系统仿真技术及其应用学术交流会论文集[C];2004年
6 雪丹;曹喜滨;;椭圆参考轨道卫星编队的相对导航研究[A];全国第十二届空间及运动体控制技术学术会议论文集[C];2006年
7 李白;王艳;沈毅;;分布式多Agent卫星编队自主控制可视化仿真研究[A];第25届中国控制会议论文集(中册)[C];2006年
8 崔海英;张祥坤;姜景山;;圆迹合成孔径雷达星载实现的可行性分析[A];第二届微波遥感技术研讨会摘要全集[C];2006年
9 王少轩;曾峦;熊伟;;基于卫星编队的空间目标光学测量建模[A];2009系统仿真技术及其应用学术会议论文集[C];2009年
10 李晖;张钦宇;张乃通;;国际深空探测无线电测量新技术及发展趋势[A];中国宇航学会深空探测技术专业委员会第四届学术年会论文集[C];2007年
中国重要报纸全文数据库 前4条
1 庞之浩;“法网恢恢”:卫星编队监测地球[N];大众科技报;2006年
2 庞之浩;人类环保邀卫星监测[N];大众科技报;2006年
3 张伟;小卫星编队飞行忙[N];中国航天报;2003年
4 记者 孔岩;NASA发射卫星研究气溶胶对气候的作用[N];中国气象报;2011年
中国博士学位论文全文数据库 前10条
1 杨雪榕;卫星跟飞编队控制问题研究[D];国防科学技术大学;2010年
2 陆宏伟;基于卫星编队遥感图像的对地定位算法研究[D];国防科学技术大学;2004年
3 张健;分布式卫星自主构形重构技术研究[D];国防科学技术大学;2006年
4 陈志明;微小卫星自主编队控制及平台开发研究[D];南京航空航天大学;2012年
5 徐爱民;分布式卫星干涉仪轨道设计[D];解放军信息工程大学;2009年
6 楼良盛;基于卫星编队InSAR数据处理技术[D];解放军信息工程大学;2007年
7 赵倩;利用卫星编队探测地球重力场的方法研究与仿真分析[D];武汉大学;2012年
8 刘震昆;分布式SAR卫星姿态和相对轨道确定及相关问题研究[D];电子科技大学;2008年
9 程月华;规避卫星姿控系统故障诊断与容错控制技术研究[D];南京航空航天大学;2012年
10 郝继刚;分布式卫星编队构形控制研究[D];国防科学技术大学;2006年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 王焕强;临界轨道倾角卫星编队构型研究[D];沈阳航空航天大学;2012年
2 袁兴军;卫星编队分布式有限时间队形协同控制算法研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
3 李博文;库仑力卫星编队动力学及控制策略研究[D];哈尔滨工程大学;2013年
4 李志;分布式天基雷达卫星编队与波束形成技术研究[D];电子科技大学;2011年
5 李文成;近地轨道卫星编队及其最优控制[D];南京航空航天大学;2012年
6 孙振晓;基于终端滑模理论的卫星位姿控制算法研究[D];哈尔滨工业大学;2012年
7 万繁良;航天动力学问题的伪谱迭代求解研究[D];国防科学技术大学;2011年
8 刘通;基于GPS相对测量的卫星编队碰撞规避研究[D];上海交通大学;2012年
9 谭振华;卫星轨道扫描覆盖仿真程序功能设计[D];中国地质大学(北京);2013年
10 罗宇阳;椭圆轨道卫星编队构型设计与姿态协同控制技术研究[D];上海交通大学;2012年
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