基于限制性三体问题的卫星编队重构研究

发布时间：2017-12-18 23:01

  本文关键词：基于限制性三体问题的卫星编队重构研究

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【摘要】：随着科技的发展,世界的进步,人类对太空深处的奥秘也越来越感兴趣。自1957年开始,各国相继开展航天竞赛,大国争相进入太空探秘的领域,卫星的发展也就逐渐成了国家实力的象征。然而随着任务要求的增加,卫星质量、体积以及研制经费、周期都不堪重负,小卫星编队技术也就应运而生了。本文首先基于近年小卫星编队发展情况概述了国内内外所研究的项目、任务;接着以相对动力学为基础分别从动力学和运动学的角度描述编队卫星的动力学模型;然后讨论了近地轨道以及深空探测任务中卫星受到的摄动力的发展现状;随后又描述了本文主要研究的限制性三体环境,主要分为圆型限制性三体和完全限制性三体两方面的研究现状;最后分析了应用于编队卫星重构技术上的控制器设计技术。编队卫星任务主要是由多颗从星与单颗主星之间的相对运动组成,那么一颗从星与主星之间的关系就是研究编队的基础。本文首先研究了二体环境,同时建立了基于HILL方程的相对运动动力学模型。在此基础上,分析了地/月-日限制性三体环境,分析了其2L拉格朗日点附近的优势,建立了编队动力学数学模型,并对其中的非线性项进行线性化。在地/月-日系统的2L点附近,航天器受到的天体引力处于平衡状态,则控制力对其运动轨迹将占主导作用,较常规的推进方式来说,太阳帆控制力可实现连续、精确的推力,更容易实现编队轨迹规划。本文分析了太阳帆的姿态角以及卫星受到的太阳光压力。对于双星系统而言,因其中一颗天体不能按照球体论述,则卫星受到的天体摄动需要用到势函数理论来解决。本文针对1999KW4双星系统,进行模型简化,利用椭球体势函数对卫星的影响建立在此系统平动点附近的编队动力学模型。针对地/月-日系统中的编队卫星重构,可采用线性控制器进行控制。本文设计了基于线性化编队模型的最优线性二次型调节器,考虑了编队队形、所耗能量以及控制时间等因素使三颗从星完成从圆型队形汇聚到主星位置的重构任务。同时针对双星系统的非线性相对运动编队动力学,本文采用了神经网络控制器来进行重构。HBF神经网络是基于径向基神经网络的一种强泛化的网络,同时采用凸函数(CCA)对单隐含层前向神经网络进行优化使其能以较高的精度实现接近复杂非线性函数模型。综上,本文研究了地/月-日和双星限制性三体系统环境,建立了编队卫星动力学模型。又根据太阳光压力和天体摄动力来进行编队重构;针对线性模型设计了LQR控制器,针对非线性模型设计了基于CCA的HBF神经网络控制器来完成重构任务。
【学位授予单位】：沈阳航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V474

【参考文献】

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本文编号：1305921