接近空间目标飞行器的制导方法研究

论文摘要

如何有效接近空间目标是未来空间攻防对抗与在轨服务研究的主要问题之一。接近目标的制导则是其中重要的内容。本文对追踪飞行器接近空间目标飞行器的制导模型、方法和算法进行了深入研究,主要包括:首先,介绍了论文的背景,分析了国外相关飞行器的导航制导等方面的发展趋势和研究现状,总结了接近目标飞行器的一些主要制导方法,以及主要任务和相关特点。第二,建立追踪飞行器与目标飞行器的近距离相对运动动力学模型,并对模型进行了线性化处理,得到了其不同条件下的解析解;此外,进行了邻近绕飞与停靠边界条件的界定;最后又推导给出基于脉冲制导的动力学模型。第三,把接近空间目标飞行器任务分成了近程接近、绕飞与最后逼近三个阶段。研究了接近、绕飞与逼近的制导方法,提出了慢速、中速和快速滑移制导的概念,研究了三种制导方法的特点和适用范围,并进行了仿真验证。在近程接近阶段的制导方法研究上,提出并考虑了近程接近阶段制导设计的约束条件,设计了基于自由轨道法的多脉冲快速制导,分析了快速滑移轨道和多项式滑移轨道制导;在绕飞的制导方法研究上,提出了一种双边椭圆绕飞制导方法,分析了这种方法和自然绕飞、圆形绕飞的各自特点,并进行了仿真验证。在最后逼近阶段,分析了最后逼近阶段的制导特点以及其约束条件,设计了慢速滑移轨道制导方法。最后,分别对上述方法进行了仿真验证。结果表明,分别采用快速、慢速以及双边绕飞的制导方案能够有效完成接近空间目标飞行器的任务。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题背景
• 1.2 国外相关飞行器的研究进展
• 1.2.1 美国轨道快车计划
• 1.2.2 美国试验卫星（XSS）计划
• 1.2.3 深度撞击计划
• 1.3 接近空间目标飞行器的制导方法概述
• 1.4 本文的主要研究内容
• 第2章 相对动力学模型
• 2.1 坐标系的定义
• 2.2 相对动力学模型
• 2.2.1 精确的相对动力学模型
• 2.2.2 线性化动力学模型
• 2.2.3 Hill方程的解析解
• 2.3 绕飞与停靠的飞行状态的界定
• 2.4 基于脉冲制导的动力学模型
• 2.5 本章小结
• 第3章 近程接近目标飞行器阶段的制导
• 3.1 近程接近阶段制导任务概述
• 3.2 近程接近阶段的制导设计
• 3.2.1 双脉冲制导与仿真
• 3.2.2 多脉冲滑移制导设计
• 3.3 本章小结
• 第4章 对目标飞行器的绕飞制导
• 4.1 对目标飞行器的绕飞概述
• 4.2 自然绕飞的制导与仿真
• 4.2.1 自然绕飞模型的简化
• 4.2.2 仿真算例
• 4.3 快速绕飞的制导与仿真
• 4.3.1 双边椭圆绕飞制导
• 4.3.2 仿真算例
• 4.4 本章小结
• 第5章 最后逼近目标飞行器阶段的制导
• 5.1 最后逼近阶段的制导设计
• 5.1.1 慢速滑移轨道制导设计
• 5.1.2 基于安全速度的最后逼近制导设计
• 5.2 最后逼近阶段的数值仿真
• 5.3 接近目标飞行器的全阶段数值仿真
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间发表的学术论文
• 致谢