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地球同步卫星转移轨道设计与在轨保持方法研究

发布时间:2017-09-15 22:23

  本文关键词:地球同步卫星转移轨道设计与在轨保持方法研究


  更多相关文章: 地球同步卫星 转移轨道 位置保持 高斯过程回归 故障模式


【摘要】:地球同步卫星是运行方向与地球自转方向相同且运行周期与地球自转周期相等的人造卫星,被广泛用于通讯、气象、数据中继和导航定位等方面。近年来同步卫星功能的拓展以及高精度导航系统构建的需求对其有效载荷比与寿命提出了更高的要求。在此背景下,本论文针对GEO卫星的转移轨道设计和在轨位置保持方法开展了研究,主要研究内容包括以下几个方面:针对脉冲转移轨道的效能评估问题,提出一种利用高斯过程回归快速评估向GEO轨道转移所需总速度增量的方法。首先,采用DE+SQP混合优化算法求解全局最优转移轨迹并生成初始轨道根数为输入、总速度增量为输出的训练样本。然后,通过选取协方差函数建立了高斯过程回归模型,并利用训练样本对该模型进行了训练。该方法可实现大规模转移轨道的快速高精度评估。仿真结果表明,评估10万条转移轨道仅需5.86秒,平均相对误差为0.49%。针对GEO卫星小推力转移轨道问题,分析了地球阴影对转移轨道动力学模型的影响,给出了一种基于Lyapunov反馈控制律的小推力转移轨道设计方法。构建接近商函数作为反馈控制律的Lyapunov候选函数。进一步推导出局部最优推力方向角。仿真结果表明该方法可实现向GEO转移的小推力轨道快速解算。针对地球同步卫星位置保持问题,给出一种基于日预报的小推力位置保持策略。首先,根据轨道漂移原理,分析了小推力推进系统每日进行位保的可行性;然后,在四电推力器配置的基础上,给出了日预报方法和小推力位保策略实施步骤;进一步,对于给定的定点位置,根据位保精度优化了推力器安装角。仿真结果表明,该策略的南北和东西位保精度分别为?0.01?和±0.03°,可有效用于GEO卫星位置保持任务。最后针对故障模式和联合推进模式研究了两种情况下的位置保持方法。提出了一种故障模式下的位置保持策略,采用该策略的卫星在某电推力器故障时仍能利用剩余电推力器进行位置保持。联合推进模式分别采用化推和电推进行东西和南北位置保持。仿真结果表明上述两种策略的定点位置控制精度均在±0.05°以内,可有效进行位置保持。
【关键词】:地球同步卫星 转移轨道 位置保持 高斯过程回归 故障模式
【学位授予单位】:北京理工大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2016
【分类号】:V412.41
【目录】:
  • 摘要5-6
  • Abstract6-11
  • 第1章 绪论11-18
  • 1.1 本论文研究的目的和意义11-12
  • 1.2 国内外研究现状及发展趋势12-16
  • 1.2.1 脉冲转移轨道设计方法概述13
  • 1.2.2 小推力转移轨道设计方法概述13-15
  • 1.2.3 GEO卫星位置保持方法概述15-16
  • 1.3 本文的主要研究内容16-18
  • 1.3.1 本文的研究思路16-17
  • 1.3.2 本文的研究内容17-18
  • 第2章 基于高斯过程回归的脉冲转移轨道评估方法18-35
  • 2.1 引言18
  • 2.2 转移轨道设计18-22
  • 2.2.1 轨道根数动力学模型18-19
  • 2.2.2 轨道摄动力模型19-20
  • 2.2.3 两脉冲转移策略20-22
  • 2.3 高斯过程概念22-25
  • 2.3.1 高斯分布22-25
  • 2.3.2 高斯过程25
  • 2.4 高斯过程回归25-29
  • 2.4.1 高斯过程回归方法25-27
  • 2.4.2 高斯过程回归的模型选择27-29
  • 2.5 利用GPR方法预估转移轨道燃料消耗29-30
  • 2.6 仿真结果与分析30-34
  • 2.7 本章小结34-35
  • 第3章 基于LYAPUNOV反馈控制律的小推力转移轨道设计35-44
  • 3.1 引言35
  • 3.2 地球阴影对小推力转移轨道的影响35-36
  • 3.3 基于接近商的LYAPUNOV反馈控制算法36-39
  • 3.3.1 小推力转移轨道优化方法36
  • 3.3.2 接近商的定义36-38
  • 3.3.3 针对单一轨道根数的Lyapunov反馈控制律38-39
  • 3.4 基于接近商LYAPUNOV反馈控制律的推进器工作效率39-40
  • 3.5 利用LYAPUNOV反馈控制律设计地球同步卫星转移轨道40
  • 3.6 仿真结果与分析40-43
  • 3.7 本章小结43-44
  • 第4章 基于电推进的GEO卫星轨道保持方法设计44-61
  • 4.1 引言44
  • 4.2 动力学模块及电推力器布局44-45
  • 4.3 同步轨道卫星漂移原理45-48
  • 4.3.1 南北漂移45-46
  • 4.3.2 东西漂移46-48
  • 4.4 电推进同步位保方法48-51
  • 4.4.1 可行性分析48
  • 4.4.2 位保方法48-51
  • 4.5 仿真结果与分析51-60
  • 4.5.1 燃料最优推力安装角51-53
  • 4.5.2 针对不同定点位置的仿真验证53-60
  • 4.6 本章小结60-61
  • 第5章 故障模式及联合推进模式位置保持策略61-74
  • 5.1 引言61
  • 5.2 电推进故障模式下地球同步卫星位置保持控制方法61-64
  • 5.2.1 推力器N_(A-)或S_(D+)发生故障61-64
  • 5.2.2 推力器N_(A-)或S_(D+)发生故障64
  • 5.3 化学推进与电推进联合位置保持64-67
  • 5.3.1 推力器布局65
  • 5.3.2 联合位置保持方法65-67
  • 5.4 仿真结果与分析67-73
  • 5.4.1 全电推位置保持故障工况67-70
  • 5.4.2 化推与电推联合位置保持70-73
  • 5.5 本章小结73-74
  • 结论74-75
  • 参考文献75-79
  • 攻读学位期间发表论文与研究成果清单79-80
  • 致谢80

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5 本版编辑邋白瑞雪 李宣良 田兆运 王玉山;依依惜别转身去,“嫦娥”这回真奔月[N];新华每日电讯;2007年

6 见习记者 李淑Y,

本文编号:859251


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