接近空间非合作目标制导方法研究
发布时间：2021-07-22 04:12
随着人类进入太空活动日趋频繁,各类航天任务都有着不同的需求。其中对空间非合作目标的接近任务,可以被广泛应用于空间目标监视、在轨服务和空间对抗等方面,具有十分重要的意义与价值。本文据此作为研究背景,重点对空间非合作目标的接近制导方法及相关的控制方式进行了研究。飞行器运动模型建立。文中建立了一套坐标体系,并对追踪飞行器与目标飞行器运动进行建模,实现了对追踪飞行器位置和姿态运动的建模和对目标飞行器位置运动的建模。姿态控制研究。稳定可靠的姿态控制是实现制导控制的基础。本设计中,中制导和末制导过程都采用了基于四元数的姿态控制方法。这种方法能够有效避免奇异问题。中制导过程中的轨道修正需要结合特定姿态,进行大角度姿态机动;末制导过程则要求姿态精准能够跟踪视线角。针对中、末制导过程中姿态变化的不同特点,分别进行了指令设计。仿真结果表明,设计的方法能够有效实现对飞行器的姿态控制。接近空间非合作目标制导方法的研究。该方法应用在末制导过程中,需要依靠导引头提供的视线信息进行制导。该部分首先建立了追踪飞行器和目标飞行器之间的相对运动模型,其次从不同角度设计了两种接近制导方法,一种方法是通过接近点与目标的位置关...
【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】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国SBSS任务构想图
杲?刑讲夂?编目管理[7]。欧空局也于2006年宣布要成立自己的空间目标监控网络，提出建设未来空间监视系统（ESSS）的规划和方案。方案中包括了对地基低地球轨道目标、地球同步轨道目标和中地球轨道目标的探测监视等[5]。很多国家尽管并不具备这样的监测实力，但仍能够通过地面遥测设备对一些中低轨道的卫星进行侦测。但是对于在中、高轨道运行的卫星，比如地球同步轨道卫星，就无法通过地面设备进行监视。所以就需要通过追踪飞行器等天基平台，实现近距离侦测目标飞行器，以获取更加详尽的信息。图1-1美国SBSS任务构想图图1-2俄罗斯地基空间监视系统国外面向非合作目标的典型航天任务包括美国空军的试验卫星系列计划
、绕飞等试验，演示验证了其空间监视跟踪的能力[5]。由DARPA和美国空军联合实施的微卫星技术试验（MiTEx），于2006年将系统发射进入地球同步轨道，并成功在2008年对一枚在轨失灵的导弹预警卫星进行在轨接近检查[9]。2014年11月12日，罗塞塔卫星释放了登陆器“菲莱(Philae)”，准备对67P彗星实施星面软着陆。因为67P彗星自旋速度快并且其表面地形复杂，而且罗塞塔卫星本身并不具备成熟的非合作目标接近制导和交会技术，致使着陆器降落在一个悬崖下方，无法获得充足的光照，电力供应不足，也影响到了相关探测任务的开展。图1-3XSS-11卫星图1-4罗塞塔卫星与登陆器国外学者对空间非合作目标的导航、制导与控制问题开展了许多研究。JulieK.Thienel等人[10]提出一种对非合作目标的非线性估计算法，并将估计结果应用到追踪飞行器的轨道控制中，该方法在对哈勃空间望远镜在轨维修服务的任务中成功进行实验并取得成功。LeonordeMijolla等人[10]针对空间非合作目标接近问题设计了一种协方差分析工具，将跟踪飞行器上面的多种传感器信息整合，更好的发现、追踪目标飞行器。文献[12]中MehreganDor和PanagiotisTsiotras将已经在地面机器人上运用成熟的ORB-SLAM视觉检测技术应用到空间非合作目标交会中。GaryM.Goff等人[13]针对空间非合作卫星的接近提出了一种仿真算法，可以适当调整追踪飞行器的操作类型、跟踪天线性能、天线覆盖范围等参数，来灵活适应不同的应用场景。整体来看，美国和欧盟在空间非合作目标接近跟踪的研究中占据一定优势。目前国内在空间合作目标领域已经取得众多实质性进展，相关技术也已经成功完成在轨验证，但是针对空间非合作目标的一系列研究仍处于关键技术突
【参考文献】：
期刊论文
[1]非合作空间目标自主交会凸优化制导技术[J]. 池贤彬,许琦,李之强,岳晓奎. 宇航学报. 2018(11)
[2]国外空间目标探测与识别系统发展现状研究[J]. 王雪瑶. 航天器工程. 2018(03)
[3]飞行器偏置制导律研究[J]. 高静,金玉华. 现代防御技术. 2017(06)
[4]天基空间目标探测系统技术研究进展[J]. 王晓海. 卫星与网络. 2017(11)
[5]面向空间非合作目标附着的制导控制律设计[J]. 郭聪,陈杨,贝超. 现代防御技术. 2017(05)
[6]非合作目标接近与跟踪的低复杂度预设性能控制[J]. 殷泽阳,罗建军,魏才盛,袁建平. 宇航学报. 2017(08)
[7]二维三维信息融合的空间非合作目标姿态求解方法[J]. 吴云,李涛,吴宇. 空间控制技术与应用. 2017(04)
[8]空间非合作目标近程自主跟踪的全局鲁棒最优滑模控制研究[J]. 王洪宇,杨雪勤,贡鑫. 上海航天. 2017(03)
[9]一种适用于红外制导弹药的偏置比例导引律[J]. 王广帅,林德福,范世鹏,臧路尧. 系统工程与电子技术. 2016(10)
[10]A novel biased proportional navigation guidance law for close approach phase[J]. Su Wenshan,Yao Dangnai,Li Kebo,Chen Lei. Chinese Journal of Aeronautics. 2016(01)
博士论文
[1]空间非合作漂旋目标的逼近与跟踪控制[D]. 韩飞.哈尔滨工业大学 2018
[2]航天器近距离相对运动轨迹规划与控制研究[D]. 朱彦伟.国防科学技术大学 2009
[3]空间非合作目标飞行器在轨交会控制研究[D]. 张立佳.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]空间非合作目标角速度估计方法研究[D]. 邢景仪.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于DirectX的飞行器飞行仿真虚拟环境设计与测试[D]. 高毓玲.南京航空航天大学 2019
[3]航天器飞行可视化通用框架研究[D]. 谢守国.国防科学技术大学 2016
[4]基于伴随方法的偏置导引末制导特性分析[D]. 张赵浩然.哈尔滨工业大学 2015
[5]基于STK的空间目标飞行可视化仿真[D]. 戴俊.西安电子科技大学 2014
[6]非合作航天器相对轨道机动控制研究[D]. 张凯.哈尔滨工业大学 2014
[7]近旁飞越航天器末制导方法研究[D]. 李广华.国防科学技术大学 2011
本文编号：3296410
【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】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国SBSS任务构想图
杲?刑讲夂?编目管理[7]。欧空局也于2006年宣布要成立自己的空间目标监控网络，提出建设未来空间监视系统（ESSS）的规划和方案。方案中包括了对地基低地球轨道目标、地球同步轨道目标和中地球轨道目标的探测监视等[5]。很多国家尽管并不具备这样的监测实力，但仍能够通过地面遥测设备对一些中低轨道的卫星进行侦测。但是对于在中、高轨道运行的卫星，比如地球同步轨道卫星，就无法通过地面设备进行监视。所以就需要通过追踪飞行器等天基平台，实现近距离侦测目标飞行器，以获取更加详尽的信息。图1-1美国SBSS任务构想图图1-2俄罗斯地基空间监视系统国外面向非合作目标的典型航天任务包括美国空军的试验卫星系列计划
、绕飞等试验，演示验证了其空间监视跟踪的能力[5]。由DARPA和美国空军联合实施的微卫星技术试验（MiTEx），于2006年将系统发射进入地球同步轨道，并成功在2008年对一枚在轨失灵的导弹预警卫星进行在轨接近检查[9]。2014年11月12日，罗塞塔卫星释放了登陆器“菲莱(Philae)”，准备对67P彗星实施星面软着陆。因为67P彗星自旋速度快并且其表面地形复杂，而且罗塞塔卫星本身并不具备成熟的非合作目标接近制导和交会技术，致使着陆器降落在一个悬崖下方，无法获得充足的光照，电力供应不足，也影响到了相关探测任务的开展。图1-3XSS-11卫星图1-4罗塞塔卫星与登陆器国外学者对空间非合作目标的导航、制导与控制问题开展了许多研究。JulieK.Thienel等人[10]提出一种对非合作目标的非线性估计算法，并将估计结果应用到追踪飞行器的轨道控制中，该方法在对哈勃空间望远镜在轨维修服务的任务中成功进行实验并取得成功。LeonordeMijolla等人[10]针对空间非合作目标接近问题设计了一种协方差分析工具，将跟踪飞行器上面的多种传感器信息整合，更好的发现、追踪目标飞行器。文献[12]中MehreganDor和PanagiotisTsiotras将已经在地面机器人上运用成熟的ORB-SLAM视觉检测技术应用到空间非合作目标交会中。GaryM.Goff等人[13]针对空间非合作卫星的接近提出了一种仿真算法，可以适当调整追踪飞行器的操作类型、跟踪天线性能、天线覆盖范围等参数，来灵活适应不同的应用场景。整体来看，美国和欧盟在空间非合作目标接近跟踪的研究中占据一定优势。目前国内在空间合作目标领域已经取得众多实质性进展，相关技术也已经成功完成在轨验证，但是针对空间非合作目标的一系列研究仍处于关键技术突
【参考文献】：
期刊论文
[1]非合作空间目标自主交会凸优化制导技术[J]. 池贤彬,许琦,李之强,岳晓奎. 宇航学报. 2018(11)
[2]国外空间目标探测与识别系统发展现状研究[J]. 王雪瑶. 航天器工程. 2018(03)
[3]飞行器偏置制导律研究[J]. 高静,金玉华. 现代防御技术. 2017(06)
[4]天基空间目标探测系统技术研究进展[J]. 王晓海. 卫星与网络. 2017(11)
[5]面向空间非合作目标附着的制导控制律设计[J]. 郭聪,陈杨,贝超. 现代防御技术. 2017(05)
[6]非合作目标接近与跟踪的低复杂度预设性能控制[J]. 殷泽阳,罗建军,魏才盛,袁建平. 宇航学报. 2017(08)
[7]二维三维信息融合的空间非合作目标姿态求解方法[J]. 吴云,李涛,吴宇. 空间控制技术与应用. 2017(04)
[8]空间非合作目标近程自主跟踪的全局鲁棒最优滑模控制研究[J]. 王洪宇,杨雪勤,贡鑫. 上海航天. 2017(03)
[9]一种适用于红外制导弹药的偏置比例导引律[J]. 王广帅,林德福,范世鹏,臧路尧. 系统工程与电子技术. 2016(10)
[10]A novel biased proportional navigation guidance law for close approach phase[J]. Su Wenshan,Yao Dangnai,Li Kebo,Chen Lei. Chinese Journal of Aeronautics. 2016(01)
博士论文
[1]空间非合作漂旋目标的逼近与跟踪控制[D]. 韩飞.哈尔滨工业大学 2018
[2]航天器近距离相对运动轨迹规划与控制研究[D]. 朱彦伟.国防科学技术大学 2009
[3]空间非合作目标飞行器在轨交会控制研究[D]. 张立佳.哈尔滨工业大学 2008
硕士论文
[1]空间非合作目标角速度估计方法研究[D]. 邢景仪.哈尔滨工业大学 2019
[2]基于DirectX的飞行器飞行仿真虚拟环境设计与测试[D]. 高毓玲.南京航空航天大学 2019
[3]航天器飞行可视化通用框架研究[D]. 谢守国.国防科学技术大学 2016
[4]基于伴随方法的偏置导引末制导特性分析[D]. 张赵浩然.哈尔滨工业大学 2015
[5]基于STK的空间目标飞行可视化仿真[D]. 戴俊.西安电子科技大学 2014
[6]非合作航天器相对轨道机动控制研究[D]. 张凯.哈尔滨工业大学 2014
[7]近旁飞越航天器末制导方法研究[D]. 李广华.国防科学技术大学 2011
本文编号：3296410
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