空间地磁场应用的若干关键技术研究
发布时间：2021-03-25 12:01
地磁学是一门古老的基础学科,同时也是一门具有多样性的应用学科。地磁场应用技术的发展极大地促进了人类航海、探险、贸易、战争及文化的进步。本文拟以空间地磁场应用技术为研究对象,分析电动力绳系磁弹性屈曲问题,设计飞行器沿等磁线飞行控制与制导方案,开展地磁导航定位算法等关键技术的研究,主要研究成果如下:1.研究了磁场环境下电动力绳系微小系绳段的非线性动力学分析方法。电动力绳系统具有强非线性且运动过程中存在复杂的多场耦合,现有动力学模型对空间磁场给电动力绳系运动带来的影响考虑较少,难以揭示绳系结构失稳机理。针对这些不足,论文以弹性杆模型建立微小系绳段的动力学方程,研究均匀磁场环境下系统的分岔特性。弹性杆模型由一个四维哈密顿方程进行描述,基于方程的对称性分析了一定参数条件下系统的同宿轨解,并给出了相对应的空间构型。数值分析表明当参数改变时,发生同宿轨分岔。结果揭示了弹性结构在耦合场作用下的不稳定性,对电动力绳系及与之相关的载流绳索技术的开发有指导意义。2.针对电动力绳系的稳定性问题,研究了电动力绳系磁弹性屈曲问题。利用Kirchhoff弹性杆方程建立留位状态下电动力绳系模型,并采用国际参考地磁场模...
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：173 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
缩略词表
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 论文研究背景与意义
1.1.1 新型无燃料推进技术
1.1.2 制导与控制技术
1.1.3 导航定位技术
1.2 论文相关领域的研究进展
1.2.1 电动力绳系
1.2.2 地磁制导与控制技术
1.2.3 地磁导航
1.3 论文的主要创新点
1.4 主要内容安排
第二章 地磁场建模及分析
2.1 主磁场的球谐分析
2.1.1 主磁场方程
2.1.2 球谐函数的性质及递推公式
2.2 主磁场模型
2.2.1 主磁场模型发展
2.2.2 IGRF模型
2.3 区域地磁场模型
2.3.1 区域地磁场模型建模方法
2.3.2 曲面样条建模
2.4 地磁场模型应用选取
2.4.1 电动力推进应用
2.4.2 制导与导航应用
2.5 小结
第三章 磁场作用下的微小系绳段非线性动力学分析
3.1 非线性动力学分析的几个基本概念
3.2 Kirchhoff弹性杆动力学方程
3.2.1 弹性杆的哈密顿函数
3.2.2 方程简化及无量纲化
3.2.3 空间构型
3.3 特殊条件下的奇点和同宿轨
3.4 Hamiltonian-Hopf分岔分析
3.4.1 不同参数条件下的奇点分布
3.4.2 同宿轨求解
3.5 同宿轨分岔
3.6 小结
第四章 空间电动力绳系的磁弹性屈曲分析
4.1 数学模型
4.1.1 电动力的产生
4.1.2 绳系弹性杆模型
4.2 边界条件及方程组无量纲化
4.3 摄动法
4.3.1 零次项方程
4.3.2 一次项方程
4.4 数值分析
4.4.1 静态稳定性分析
4.4.2 动态稳定性分析
4.5 小结
第五章 巡航导弹沿等磁线飞行制导与控制技术研究
5.1 等值线提取
5.1.1 双线性插值
5.1.2 等值线提取验证与分析
5.2 巡航段动力学模型
5.2.1 弹道坐标系中导弹质心运动的动力学方程
5.2.2 发射坐标系中导弹质心运动的动力学方程
5.3 路径跟踪和动态逆制导方法
5.3.1 标准弹道曲线拟合
5.3.2 动态逆制导方法
5.4 不同等磁线路径条件下仿真试验
5.4.1 仿真试验
5.4.2 扰动分析
5.5 小结
第六章 地磁导航定位算法研究
6.1 滤波器设计
6.1.1 动力学模型
6.1.2 观测模型
6.2 不同滤波方法在地磁导航中的应用
6.2.1 滤波算法
6.2.2 不同滤波方法仿真试验
6.2.3 Unscented变换参数的选取
6.3 地磁匹配特征量的选取
6.3.1 特征量选取准则
6.3.2 地磁场7分量中最佳匹配特征量的选取
6.3.3 地磁图特征分析
6.4 组合匹配
6.4.1 匹配算法
6.4.2 仿真试验
6.5 小结
第七章 结论与展望
7.1 论文的主要研究成果
7.2 下一步工作建议
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
附录A 常用坐标系及转换关系
附录B 地磁场数据样本
【参考文献】：
期刊论文
[1]绳系卫星在轨试验及地面物理仿真进展[J]. 陈辉,文浩,金栋平,胡海岩. 力学进展. 2013(01)
[2]预应力曲杆的Cosserat动力学模型[J]. 曹登庆,宋敉淘. 哈尔滨工业大学学报. 2012(11)
[3]基于非线性单元模型的绳系卫星系统动力学[J]. 刘壮壮,宝音贺西. 动力学与控制学报. 2012(01)
[4]自适应无迹卡尔曼滤波算法在地磁导航中的应用[J]. 吴萌,马杰,田金文,刘劲. 信息与控制. 2011(04)
[5]基于傅里叶展开的电动力绳系卫星最优控制[J]. 潘伟,路长厚,李吉栋,孔令敏. 航空学报. 2011(09)
[6]三维电动力绳系子卫星轨道转移的最优控制[J]. 刘丽丽,文浩,金栋平,胡海岩. 计算力学学报. 2011(02)
[7]空间绳系研究综述[J]. 孔宪仁,徐大富. 航天器环境工程. 2010(06)
[8]电动力绳系离轨系统中绳索动力学研究[J]. 孔宪仁,徐大富,廖俊,王本利. 上海交通大学学报. 2010(11)
[9]计入姿态的绳系卫星概周期振动[J]. 王晓宇,金栋平. 振动工程学报. 2010(04)
[10]绳系卫星收放控制地面实验研究[J]. 文浩,金栋平,胡海岩. 振动工程学报. 2010(01)
博士论文
[1]电动力绳系离轨系统的建模与动力学分析[D]. 徐大富.哈尔滨工业大学 2010
[2]地磁导航关键技术研究[D]. 寇义民.哈尔滨工业大学 2010
[3]杆与板的磁弹性屈曲分岔和混沌分析[D]. 王知人.燕山大学 2006
硕士论文
[1]水下导航系统的地磁匹配算法研究[D]. 胡晓.山东农业大学 2011
[2]基于非晶材料的地磁检测问题研究[D]. 刘兴利.哈尔滨工业大学 2010
[3]弹性杆拟动力学模型和动力学模型的研究[D]. 黄健飞.青岛大学 2009
[4]惯性/地磁组合导航技术研究[D]. 晏登洋.西北工业大学 2007
本文编号：3099644
【文章来源】：国防科技大学湖南省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：173 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
缩略词表
摘要
ABSTRACT
第一章 绪论
1.1 论文研究背景与意义
1.1.1 新型无燃料推进技术
1.1.2 制导与控制技术
1.1.3 导航定位技术
1.2 论文相关领域的研究进展
1.2.1 电动力绳系
1.2.2 地磁制导与控制技术
1.2.3 地磁导航
1.3 论文的主要创新点
1.4 主要内容安排
第二章 地磁场建模及分析
2.1 主磁场的球谐分析
2.1.1 主磁场方程
2.1.2 球谐函数的性质及递推公式
2.2 主磁场模型
2.2.1 主磁场模型发展
2.2.2 IGRF模型
2.3 区域地磁场模型
2.3.1 区域地磁场模型建模方法
2.3.2 曲面样条建模
2.4 地磁场模型应用选取
2.4.1 电动力推进应用
2.4.2 制导与导航应用
2.5 小结
第三章 磁场作用下的微小系绳段非线性动力学分析
3.1 非线性动力学分析的几个基本概念
3.2 Kirchhoff弹性杆动力学方程
3.2.1 弹性杆的哈密顿函数
3.2.2 方程简化及无量纲化
3.2.3 空间构型
3.3 特殊条件下的奇点和同宿轨
3.4 Hamiltonian-Hopf分岔分析
3.4.1 不同参数条件下的奇点分布
3.4.2 同宿轨求解
3.5 同宿轨分岔
3.6 小结
第四章 空间电动力绳系的磁弹性屈曲分析
4.1 数学模型
4.1.1 电动力的产生
4.1.2 绳系弹性杆模型
4.2 边界条件及方程组无量纲化
4.3 摄动法
4.3.1 零次项方程
4.3.2 一次项方程
4.4 数值分析
4.4.1 静态稳定性分析
4.4.2 动态稳定性分析
4.5 小结
第五章 巡航导弹沿等磁线飞行制导与控制技术研究
5.1 等值线提取
5.1.1 双线性插值
5.1.2 等值线提取验证与分析
5.2 巡航段动力学模型
5.2.1 弹道坐标系中导弹质心运动的动力学方程
5.2.2 发射坐标系中导弹质心运动的动力学方程
5.3 路径跟踪和动态逆制导方法
5.3.1 标准弹道曲线拟合
5.3.2 动态逆制导方法
5.4 不同等磁线路径条件下仿真试验
5.4.1 仿真试验
5.4.2 扰动分析
5.5 小结
第六章 地磁导航定位算法研究
6.1 滤波器设计
6.1.1 动力学模型
6.1.2 观测模型
6.2 不同滤波方法在地磁导航中的应用
6.2.1 滤波算法
6.2.2 不同滤波方法仿真试验
6.2.3 Unscented变换参数的选取
6.3 地磁匹配特征量的选取
6.3.1 特征量选取准则
6.3.2 地磁场7分量中最佳匹配特征量的选取
6.3.3 地磁图特征分析
6.4 组合匹配
6.4.1 匹配算法
6.4.2 仿真试验
6.5 小结
第七章 结论与展望
7.1 论文的主要研究成果
7.2 下一步工作建议
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
附录A 常用坐标系及转换关系
附录B 地磁场数据样本
【参考文献】：
期刊论文
[1]绳系卫星在轨试验及地面物理仿真进展[J]. 陈辉,文浩,金栋平,胡海岩. 力学进展. 2013(01)
[2]预应力曲杆的Cosserat动力学模型[J]. 曹登庆,宋敉淘. 哈尔滨工业大学学报. 2012(11)
[3]基于非线性单元模型的绳系卫星系统动力学[J]. 刘壮壮,宝音贺西. 动力学与控制学报. 2012(01)
[4]自适应无迹卡尔曼滤波算法在地磁导航中的应用[J]. 吴萌,马杰,田金文,刘劲. 信息与控制. 2011(04)
[5]基于傅里叶展开的电动力绳系卫星最优控制[J]. 潘伟,路长厚,李吉栋,孔令敏. 航空学报. 2011(09)
[6]三维电动力绳系子卫星轨道转移的最优控制[J]. 刘丽丽,文浩,金栋平,胡海岩. 计算力学学报. 2011(02)
[7]空间绳系研究综述[J]. 孔宪仁,徐大富. 航天器环境工程. 2010(06)
[8]电动力绳系离轨系统中绳索动力学研究[J]. 孔宪仁,徐大富,廖俊,王本利. 上海交通大学学报. 2010(11)
[9]计入姿态的绳系卫星概周期振动[J]. 王晓宇,金栋平. 振动工程学报. 2010(04)
[10]绳系卫星收放控制地面实验研究[J]. 文浩,金栋平,胡海岩. 振动工程学报. 2010(01)
博士论文
[1]电动力绳系离轨系统的建模与动力学分析[D]. 徐大富.哈尔滨工业大学 2010
[2]地磁导航关键技术研究[D]. 寇义民.哈尔滨工业大学 2010
[3]杆与板的磁弹性屈曲分岔和混沌分析[D]. 王知人.燕山大学 2006
硕士论文
[1]水下导航系统的地磁匹配算法研究[D]. 胡晓.山东农业大学 2011
[2]基于非晶材料的地磁检测问题研究[D]. 刘兴利.哈尔滨工业大学 2010
[3]弹性杆拟动力学模型和动力学模型的研究[D]. 黄健飞.青岛大学 2009
[4]惯性/地磁组合导航技术研究[D]. 晏登洋.西北工业大学 2007
本文编号：3099644
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