卫星碰撞概率估计与规避策略设计研究

发布时间：2021-09-25 04:45

　　当今世界各国的卫星发射任务越来越密集,频繁的航天活动造成地外空间中除数量有限的有效载荷以外,存在大量无效载荷和空间碎片,挤占有限的空间资源,造成卫星碰撞事故时有发生。因此,为保证卫星在地外空间的安全运行,进行卫星的碰撞风险评估和规避策略设计具有重要意义。本文以圆轨道卫星的碰撞概率估计及规避策略设计为研究目标,主要研究内容如下:针对卫星状态误差的空间传播问题,首先由卫星高精度轨道动力学模型出发,研究卫星相对运动理论,推导线性化方程并求解该方程得到卫星间相对运动的状态转移矩阵。基于状态转移矩阵,分析卫星轨道位置误差和速度误差的传播特性。针对卫星碰撞概率估计及预警问题,基于三维高斯分布,推导卫星碰撞概率表达式并简化计算方法,将卫星相遇期间的位置关系投影到相遇平面以实现降维运算。针对误差信息不明确的问题,提出通过对最大碰撞概率进行分析解决,分析了相对位置、误差标准差及联合包络半径对碰撞概率的影响,推导了卫星最大碰撞概率表达式。针对卫星规避策略设计问题,首先从卫星碰撞概率的阈值要求,分析卫星危险阈值和期望阈值问题。从减小能量消耗的原则出发,并结合最大碰撞概率的影响分析,设计基于最短机动距离的碰撞... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：74 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

空间可观测物体数目增长图

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文-52-预警分析，根据实际情况进行卫星防撞规避机动，实施卫星规避策略。软件通过相关xml配置文件完成初始化设置，软件启动后，碰撞预警与规避模块接收用户输入信息，通过仿真模块对卫星进行仿真并给出仿真结果，将卫星状态信息存入数据库，碰撞预警与规避模块对数据分析计算，给出碰撞预警与规避机动结果。软件输出数据可以通过文字形式表示，也可以经进一步处理通过图表等形式表示。本软件的主要硬件系统将需要若干台工业计算机系统组成，若系统对实时性要求较高，其中实时仿真与显示计算机可考虑采用实时仿真计算机，否则也可采用一般工业控制计算机。5.3卫星防撞规避软件应用5.3.1仿真软件主界面卫星防撞与避让软件主界面如图5-2所示。软件操作界面主要包括菜单栏、任务栏、参数设置栏等。在软件主界面中，可以设置卫星的位置误差标准差，计算卫星在空间的误差传播，分析卫星误差协方差传播特性。可以设置卫星期望的安全碰撞阈值与危险碰撞阈值，危险碰撞阈值对决定卫星是否发生规避机动决策起到关键的判断作用，安全碰撞阈值决定卫星经过规避后与目标之间下降的碰撞概率，能够间接影响到卫星的机动速度和能量消耗。设置任务仿真时长和仿真步长，可以控制软件的总的仿真时长和计算精度，仿真步长越小，计算精度也会随之上升，计算时间也相应增加。设置任务筹划时间，可以控制软件仿真任务的运行区间。图5-2仿真软件主界面

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本文编号：3409115