非合作航天器相对轨道机动控制研究

摘要

非合作航天器泛指没有星间链路来传输其位置和姿态信息；或不能进行轨道姿态控制，在空间自由翻滚和任意机动的任一航天器。目标航天器的非合作特性给相对轨道机动研究带来了模型和测量方面的困难。基于此，人们开始对以下几个方面进行研究：相对运动模型的建立;解决非合作特性带来的模型不确定性和相对状态信息获取受限问题。
　　本文对以上问题进行了探讨，主要有以下几个方面的内容：
　　首先,对本课题相关研究背景、在轨服务技术发展状况和现有理论结果进行分析和总结,在此基础上,给出了本文的主要研究内容。
　　其次,分析了非合作航天器的运动特性及其对不同任务下的控制策略的影响。建立了近圆轨道相对运动模型和视线相对运动模型。基于所给的视线相对运动模型得到了自由飞行状态下的解析解,对其相对运动特性进行了分析。
　　然后,基于视线相对运模型设计了视线制导律。纵向控制为开关控制；横向控制律初始采用比例导引法，继而进行改进采用开关控制。数值仿真验证了算法的有效性,但是该算法仅适用于要求最终相对视线角为零而视线角没有约束的情形。
　　最后,给出了视线相对运动模型的系统状态方程形式。若目标航天器对接口在惯性空间取向固定，为了顺利完成交会任务，设计了系统的前馈-反馈控制律，并在系统线性化模型的基础上设计了线性控制律。数值仿真验证了控制律的有效性。

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第1章 绪论

1.1 研究背景及目的与意义

1.2 航天器空间交会技术概述

1.3 国内外相关领域研究现状

1.4 本文主要研究内容

第2章 航天器轨道动力学相关描述

2.1 引言

2.2 二体问题和轨道根数

2.3 参考坐标系

2.4 航天器轨道动力学描述

2.5 非合作航天器的运动特性分析

2.6 本章小结

第3章 基于视线制导的相对轨道机动控制

3.1 引言

3.2 动力学模型特性分析

3.3 视线制导算法

3.4 本章小结

第4章 基于状态反馈的相对轨道机动控制

4.1 引言

4.2 线性系统状态反馈算法

4.3 前馈-反馈控制算法

4.4 平衡点线性化

4.5 本章小结

结论

参考文献

声明

致谢