电磁航天器编队悬停鲁棒协同控制方法

针对电磁航天器编队近地轨道悬停问题，提出一种在缺少参考轨道准确信息时的协同控制方法。用TH方程描述航天器间的相对运动，选择与参考轨道同周期的圆轨道为标称轨道。将参考轨道相对于标称圆轨道的偏差、地球非球形引力、大气阻力及其他天体引力等参数单独归类，视其为不确定量，构成不确定系统。通过引入一致性理论，在电磁作用模型和动力学方程均存在不确定性的条件下，针对航天器编队悬停的目标设计了鲁棒协同控制律。考虑能量消耗最优和均衡以及轨道姿态解耦，给出了通过优化进行磁矩配置的方案。仿真结果表明，所设计的鲁棒协同控制律能够实现编队电磁航天器高精度悬停，所给出的磁矩配置方案能够实现磁矩的合理分配。      

对失效卫星特征点的自适应位姿跟踪控制

为满足对失效卫星上某个特征点位置悬停的同时使追踪星上敏感器指向该特征点,展开了对失效卫星特征点与追踪星间相对动力学建模与控制的研究。在追踪星本体坐标系下建立了六自由度相对位姿动力学模型,并结合失效卫星上特征点的运动规律,给出追踪星的期望跟踪位置和期望跟踪姿态。考虑到追踪星质量、转动惯量、系统所受扰动力、扰动力矩及失效卫星转动惯量的不确定性,设计了复合自适应位姿跟踪控制律,并通过Lyapunov法证明了闭环系统稳定性。对输出受限情况,采取设计控制参数调节过程及输出限幅措施。在仿真条件下,系统在自适应控制律下能够以位置误差约1cm、姿态误差约0.01°完成位姿跟踪任务;增大不确定参数偏差后,位置跟踪误差增至约7cm,姿态误差增至约0.1°;对控制参数进行调节后,可在不影响跟踪精度的条件下在指定范围内限制输出幅值,将幅值限制在指定范围内,并减小控制所需冲量的9%和冲量矩的30%。     

对接口匹配的航天器双主动最优交会研究

研究了两航天器协同轨道机动(双主动)完成近距离交会任务的最优控制问题.在考虑航天器姿态变化、对接口位置及路径约束的情况下,构建了完整的6自由度、26状态的双主动最优交会数学模型.利用高斯伪谱法分别将燃料总消耗最少和交会时间最短两种最优问题离散为大型非线性规划问题,而后应用SNOPT软件包进行了求解.在此基础上通过大量数值计算分析总结了不同初始参数对最小燃料消耗和最短交会时间的影响规律,并与主被动交会形式进行了对比.结果表明,当两航天器质量接近时,双主动交会通常可明显减少燃料消耗,或缩短交会时间;而当质量差距较大时,双主动最优交会逐渐退化为主被动最优交会.     

航天器近距离导引轨迹规划仿真系统设计

以航天器近距离导引轨迹规划仿真验证为目标,对基于Visual C+ +,Vega Prime和Matlab的联合仿真系统进行开发研究.首先,建立了数学模型.然后,利用Matlab对所建立的数学模型进行优化求解,得到追踪航天器近距离机动时的位置、速度等信息.并通过Multigen Creator软件建立卫星等对象的模型,使用Vega Prime进行视景仿真.之后,采用Visual C+ +进行系统集成,建立基于三者相结合的仿真验证系统.最后,以椭圆参考轨道下近距离交会的连续推力式燃料最优轨迹规划为例,验证了该联合仿真系统.     

基于星下点机动的再入飞行器离轨规划

针对约束再入点地理位置的再入飞行器离轨问题，提出了一种基于星下点机动的离轨规划方法。再入飞行器的离轨轨道设计受到飞行器当前轨道状态和再入点参数的约束。首先，基于轨道飞行原理，建立了一般椭圆轨道冲量模型下离轨制动参数和再入点参数的关系，分析了最优离轨的推力施加原则；其次，在考虑地球自转的前提下，提出了直接离轨必要条件，针对约束再入点经纬度的问题，完善了利用非线性规划优化方法确定有限推力模型下离轨点位置的策略，同时给出了符合燃料最优目标的离轨制动参数；最后，探讨了一般情况下初始轨道不满足直接离轨必要条件时，为满足星下点约束而进行的轨道机动施加策略。     

基于刚体自由转动的连续推力消旋方法研究

针对空间失效卫星或废弃碎片转速过快,难以对其直接处理的问题,提出了一种基于刚体转动的连续小推力消旋方法。分析了轴对称消旋目标的运动特性,设计了消旋方法。将轴对称消旋目标的消旋方法推广到一般的消旋目标上,通过变换欧拉方程得到消旋目标各角速度分量的变化趋势和最终状态。通过一般消旋目标的仿真实验验证了该方法的可行性。结果表明:按给定顺序和方向施加单轴外力矩,能够有效降低消旋目标的转速。区别于传统的控制方法,最优控制方法需要精确测量消旋目标的实时状态信息,而分步消旋方法只需分辨角速度分量的正负,且控制力矩只需反向变化,推力器无需摆动,因此降低了对控制系统的要求。     

非合作目标安全走廊设计及飞越逼近轨迹优化

为提高空间非合作目标近距离逼近轨迹的安全性，同时对接近时间及所消耗燃料进行优化，针对空间失效自旋非合作目标近距离接近问题，给出了失效卫星动态安全走廊，并以飞越逼近方式抵达走廊入口，进一步提出了飞越逼近轨迹优化方法。首先，在建立失效卫星自旋模型的基础上，规划了安全区与禁飞区，提出了2种安全走廊的选择依据。其次，采用飞越逼近作为近距离接近方式，以节约燃料和缩短逼近时间为目标对两脉冲机动模型进行优化，选择3种优化算法得到接近轨迹。仿真结果表明:安全走廊的选择与卫星失效自旋的形式、外形以及接口位置有关；在飞越逼近两脉冲机动模型的优化问题中，采用Fgoalattain算法进行优化处理更具优越性。      

基于直觉模糊推理的天基海洋监视系统贡献度评估研究

针对传统天基海洋监视系统贡献度评估方法存在权重计算主观性强,难以应对作战不确定性等问题,提出一种基于直觉模糊推理的评估方法。首先讨论了系统贡献度概念,采用覆盖品质因数、覆盖范围、目标发现概率、定位精度、分辨能力、传输与处理能力,以及抗干扰能力指标评估海洋目标监视系统贡献度。其次设计了评估指标的隶属度函数与非隶属度函数,用不同模糊化策略对各输入变量进行多级量化。再次,建立直觉模糊推理规则,设计了max-min推理合成算法,将重心法作为解模糊算法,考虑隶属度与非隶属度大小对直觉指数的影响并进行修正,检验了所建规则的合理性。用典型目标监视实例对评估方法的有效性进行验证,结果表明直觉模糊推理评估法能有效处理系统贡献度评估中的模糊或不确定的问题。研究为航天武器系统贡献度评估提供了新的解决方法。     

常值径向推力下的飞行器运动轨迹

研究了初始停泊轨道为椭圆时,空间飞行器在常值径向推力下运动的有界性和周期性.首先建立了飞行器运动的动力学方程,并通过能量积分和角动量积分进行了简化.然后将有界性的研究转化为一个一元三次不等式的求解,并在此基础上针对不同的初始真近点角分别进行了研究,得到了运动的边界和有界性条件.接下来利用椭圆积分研究了运动的周期性,分别研究了径向运动、极角转动以及整体运动的周期性.最后用数值算法得到了运动的周期轨道.