地月系平动点导航卫星星座设计与导航性能分析

发布时间：2018-05-25 04:06

本文选题：圆型限制性三体问题 + 平动点　；参考：《南京大学》2017年博士论文

【摘要】：人类航天活动的不断拓展对卫星导航技术提出了更高的要求。虽然目前的卫星导航系统能够很好实现对近地空间目标的实时、高精度、全方位导航,但随着卫星导航的用户对象逐渐开始由近地转向深空,同时对导航卫星自主管理与运行的需求日益增加,现有卫星导航系统在导航能力与自主运行水平上的不足暴露的愈加明显。为此,发展新型的既能满足深空探测任务导航需求,同时又具有较强自主运行能力的卫星导航系统就成为目前一个较为迫切的研究课题。本论文即是在上述背景下开展的地月系平动点卫星导航系统技术研究。地月系平动点卫星导航系统是由地月系平动点太空导航站组成的新型卫星导航系统。一方面,该系统可以解决现有卫星导航系统无法支持深空导航的薄弱环节,另一方面,由于平动点导航卫星充分利用了所在轨道位置引力非对称的动力学特性,因此,导航星座的长期自主运行能力也将获得显著提升。本论文对地月系平动点卫星导航系统的星座设计问题开展了系统性研究。首先,从导航卫星覆盖性能出发,给出了星座构型设计的具体方法,通过对地月系共线平动点和三角平动点附近轨道的全面分析与筛选,最终得到了三类能够满足地月空间全覆盖性能要求的候选星座,分别是地月系L1,2双星星座、地月系L2,4,5三星星座和地月系L1,2,4,5四星星座。在此基础上,对地月系平动点卫星导航系统的自主运行能力进行了分析和证明。通过对平动点轨道运动加速度函数非对称度和定轨条件方程中B矩阵是否亏秩这两个方面的讨论,阐明了平动点卫星星座基于星间测距资料自主定轨方案的可行性。对得到的候选星座构型进行自主定轨仿真,结果表明四颗平动点导航卫星运行180天均能够达到米级的自主定轨精度。之后,本论文又以具体的月球、火星探测任务为参考,对平动点卫星导航系统在深空探测任务不同运行阶段的导航性能进行了仿真验证。结果表明,对于地月空间导航,地月系L1,2,4,5四星星座中L1点导航卫星的轨道类型对系统导航性能有较显著的影响,当L1点导航卫星位于Halo轨道或垂直Lyapunov轨道时,系统的导航性能总是更好,地月转移段和月球环绕段的导航精度均在20 m左右。对于火星探测导航,星座构型变化对系统导航性能的影响不再显著,地月系L1,2,4,5四星星座在地火转移段和火星环绕段分别可以达到优于3 km和优于100 m的导航精度。此外,针对平动点卫星导航系统的最简星座构型,本论文又根据星间链路连通性约束和地月空间导航性能对地月系L1,2双星星座的轨道几何参数进行了分析和优化,最终找到了多组可以满足转移段和环绕段导航性能最优的候选星座。最后,在地月系实际力模型下,本论文对平动点卫星导航系统的各项性能指标进行了数值仿真检验,仿真结果验证了基于圆型限制性三体问题模型的平动点导航星座设计方案的可行性,各项技术指标均能够达到地月系平动点卫星导航系统的设计要求。本论文给出的地月系平动点卫星导航系统设计方案能够为未来导航系统的发展提供有价值的参考。
[Abstract]:This paper presents a new type of satellite navigation system based on satellite navigation system .
【学位授予单位】：南京大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN967.1;V474.25

【参考文献】