在轨组装机动路径规划研究

发布时间：2023-04-25 00:42

　　受现有火箭运载能力限制,大型航天器无法一次入轨,在轨组装成为当前航天领域主要的发展方向之一。借助在轨服务航天器,能够实现复杂系统组装、能源补充、故障修复等空间任务,这些任务都迫切需要精确有效的在轨组装技术作为支撑。以往的大规模结构的部署,大部分是以对接的方式扩展空间结构,复杂结构的空间构型仅依靠各结构单元自行机动难以构建。现有的空间机械臂等辅助执行机构的发展,可以为在轨组装提供更多选择,在此基础上的最优机动路径规划成为在轨服务的新兴研究热点。本文以在轨组装任务作为研究对象,将在轨组装机动过程分解成轨道机动接近阶段和姿态机动阶段,并在以下几个方面展开研究工作。第一,对在轨组装轨道机动过程的相对运动建模进行介绍。介绍了二体条件下的两种常见相对运动模型,为在轨组装任务的轨道机动过程提供了较为准确和高效的动力学模型。之后,简要介绍了航天器的姿态动力学基础,为后续的姿态机动路径规划研究铺垫理论基础。第二,从动力学角度出发,研究了在轨组装任务航天器相对运动轨迹设计。通过分析C-W方程特性,介绍了四种相对运动轨迹类型,并给出每种类型的轨迹驱动条件。此外,介绍了在轨组装轨道机动接近过程的制导律设计,给...

【文章页数】：87 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
第1章 绪论
    1.1 研究背景、目的和意义
    1.2 国内外研究现状分析
        1.2.1 空间在轨组装发展应用现状
        1.2.2 航天器相对运动理论研究与应用发展现状
        1.2.3 航天器运行轨迹路径规划研究及规划算法研究现状
    1.3 主要内容及论文结构
第2章 航天器运动学动力学相关理论
    2.1 参考坐标系的定义
    2.2 航天器相对运动学基础
        2.2.1 C-W方程
        2.2.2 T-H方程
    2.3 航天器的姿态描述
        2.3.1 方向余弦式
        2.3.2 四元数定义
        2.3.3 四元数运算
    2.4 姿态动力学基础
        2.4.1 四元数描述的矢量坐标变换
        2.4.2 基于四元数的姿态运动学及动力学
    2.5 本章小结
第3章 航天器相对运动轨迹设计及机动接近策略
    3.1 航天器近距离相对运动轨迹分析
        3.1.1 椭圆型
        3.1.2 振荡型
        3.1.3 跳跃型
        3.1.4 飞越型
    3.2 基于脉冲推力的相对运动轨迹规划
        3.2.1 近圆参考轨道
        3.2.2 椭圆参考轨道
        3.2.3 算例分析
    3.3 本章小结
第4章 基于改进遗传算法的机动接近路径规划
    4.1 遗传算法基本原理
    4.2 遗传算法的具体实现
        4.2.1 编码
        4.2.2 适应度函数设计
        4.2.3 遗传算子
    4.3 基于改进遗传算法的机动路径规划
        4.3.1 在轨组装轨道机动接近模型
        4.3.2 针对时间位置同时优化的算法改进
    4.4 数学仿真及结果分析
    4.5 本章小结
第5章 在轨组装的姿态机动规划
    5.1 Bang-Bang规划原理
    5.2 基于Bang-Bang规划原理的姿态机动轨迹规划
        5.2.1 约束分析
        5.2.2 姿态机动规划过程
    5.3 数学仿真与结果分析
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢



本文编号：3800356