编队飞行卫星物理仿真系统设计及分析

论文摘要

针对编队飞行卫星地面物理仿真系统的设计问题,本文重点开展了编队飞行卫星地面物理仿真系统的方案设计、卫星模拟器控制策略设计和卫星模拟器路径规划问题的研究。主要工作如下:论文完成了编队飞行卫星地面物理仿真系统的方案设计;确定了其硬件系统组成和软件系统组成,并设计了相应的信号传递方式;完成了卫星模拟器的结构设计、电气设计和控制软件设计,并对卫星模拟器进行了研制;完成了地面控制台的设计和地面控制系统软件的设计。论文完成了卫星模拟器建模及其控制策略设计;推导了卫星模拟器推进器在平台坐标系下的推力,并对卫星模拟器进行了动力学建模;卫星模拟器的控制器采用PID控制器,并通过额外增加一个防推力饱和的约束方程,完成了执行机构分配策略设计。论文完成了卫星模拟器路径规划方法的研究;考虑到卫星模拟器执行机构执行能力较弱的特点,对单卫星模拟器运动进行了路径规划,路径规划的主要思想就是根据操作员设定的加速度和速度进行运动;考虑到避免编队卫星协同运动过程中的碰撞问题,采用虚拟势场力的方法对编队飞行卫星模拟器运动的路径规划进行了研究,并通过仿真验证此方法可以有效地避免卫星间的碰撞。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源
• 1.2 研究目的及意义
• 1.3 国内外研究现状
• 1.3.1 卫星物理仿真系统国内外研究现状
• 1.3.2 卫星姿态控制及轨道控制研究现状
• 1.3.3 编队卫星路径规划研究现状
• 1.4 本文主要研究内容
• 第2章 编队飞行卫星地面物理仿真系统设计
• 2.1 编队飞行卫星地面物理仿真系统方案设计
• 2.1.1 硬件系统组成
• 2.1.2 硬件系统间信号传递
• 2.1.3 软件系统组成
• 2.1.4 软件系统间通讯
• 2.2 卫星模拟器设计
• 2.2.1 卫星模拟器组成
• 2.2.2 卫星模拟器结构设计
• 2.2.3 卫星模拟器电气设计
• 2.2.4 卫星模拟器控制软件编制
• 2.3 地面控制系统设计
• 2.3.1 地面控制台设计
• 2.3.2 地面控制系统控制软件编制
• 2.4 本章小结
• 第3章 卫星模拟器建模及控制
• 3.1 卫星模拟器理想模型建立
• 3.1.1 坐标系定义
• 3.1.2 坐标转换矩阵
• 3.1.3 平台坐标系下的推力器推力
• 3.1.4 动力学建模
• 3.2 干扰项分析
• 3.2.1 推进器幅值推力波动
• 3.2.2 导航信息测量噪声
• 3.2.3 受控对象参数变化
• 3.2.4 下滑干扰力
• 3.3 卫星模拟器控制策略设计
• 3.3.1 控制策略设计
• 3.3.2 控制器设计
• 3.3.3 执行机构分配策略设计
• 3.4 仿真结果及分析
• 3.4.1 理想模型的仿真结果
• 3.4.2 考虑干扰项的仿真结果
• 3.5 本章小结
• 第4章 卫星模拟器路径规划方法研究
• 4.1 单卫星模拟器路径规划研究
• 4.1.1 单卫星模拟器路径规划方法
• 4.1.2 仿真结果与分析
• 4.2 编队卫星模拟器路径规划方法研究
• 4.2.1 编队卫星模拟器路径规划
• 4.2.2 排斥加速度的设计
• 4.2.3 期望加速度的设计
• 4.2.4 仿真结果与分析
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 附录
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢