导航卫星轨道控制方法研究

导航卫星轨道控制方法研究

论文摘要

卫星导航系统担负定位、导航的任务,其精度必须要有保证。由于在轨运行的导航卫星受摄动力的影响,其轨道参数不断的变化,对各类导航卫星的导航定位的精度有很大的影响,要长期的保持卫星导航系统的正常工作,必须对其进行轨道控制,使各种导航卫星的轨道参数保持在设计标称值附近。本文在分析轨道摄动的基础上建立空间飞行器轨道摄动方程,针对导航卫星的控制,还介绍了小推力控制方法以及轨道控制过程中时间点的选择。对MEO的控制首先在理论上探讨MEO卫星的相位演化过程,然后在考虑摄动力的影响下,对MEO卫星进行仿真计算。对MEO卫星的控制策略有绝对控制方法和相对控制方法。考虑到控制次数与燃料的有限性,采用相对控制方法,该控制策略能有效的保持MEO卫星正常的在轨运行,从而确保卫星导航系统的精度。在相对控制的基础上进行了最优控制的仿真,在时间自由的情况下,可实现燃料最优的控制结果。对IGSO的控制,首先分析了IGSO卫星在摄动力的影响下,轨道升交点位置的漂移。进而理论上分析升交点位置的漂移率。IGSO升交点的控制由偏置轨道半长轴来实现,在升交点位置的漂移率的基础上确定要偏置轨道半长轴,以此确定轨道控制过程中的两个速度冲量,偏置轨道半长轴的脉冲推力方法能实现IGSO卫星升交点的位置保持。仿真表明小推力方法较脉冲推力方法较好,但在过程实践中脉冲推力方法比小推力方法简单易行,在工程中容易实现。GEO卫星的定点保持,卫星南北向运动幅值仅依赖于轨道倾角,而东西运动依赖于漂移率、平经度及偏心率。对GEO采用东西向位置保持要考虑平经度及偏心率的控制;南北位置保持一般在轨道的升交点或降交点附近进行,具体取决于发动机安装位置。论文系统的研究了各类导航卫星的控制,包括导航卫星受摄动力的影响,导航卫星的控制策略以及控制方法,结合仿真结果表明,对各类导航卫星的控制达到卫星导航系统正常运行的要求,论文开展的工作对卫星导航系统的维护具有一定的借鉴意义。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 第一章 绪论
  • 1.1 课题背景及研究意义
  • 1.2 导航卫星的轨道分类
  • 1.3 国内外研究现状及分析
  • 1.3.1 主要轨道理论
  • 1.3.2 主要轨道控制理论
  • 1.3.3 主要轨道控制方式
  • 1.3.4 研究的理论方法
  • 1.4 本文的研究内容和结构安排
  • 第二章 轨道控制基础
  • 2.1 轨道控制模型
  • 2.2 轨道控制时刻特征点
  • 2.3 轨道控制的仿真流程框架
  • 2.4 本章小结
  • 第三章 MEO卫星相位保持
  • 3.1 MEO卫星相位演化
  • 3.1.1 卫星的轨道相位演化
  • 3.1.2 星座的相对相位演化
  • 3.2 MEO卫星相位变化数值仿真
  • 3.3 MEO绝对相位保持策略
  • 3.4 MEO相对相位保持策略
  • 3.4.1 MEO相对相位保持策略一
  • 3.4.2 MEO相对相位保持策略二
  • 3.5 MEO卫星相位的漂移及控制
  • 3.6 本章小结
  • 第四章 IGSO同步轨道保持
  • 4.1 IGSO同步轨道升交点位置的摄动分析
  • 4.2 IGSO卫星升交点位置的漂移分析
  • 4.3 IGSO卫星升交点位置保持策略
  • 4.4 轨道控制仿真与分析
  • 4.4.1 IGSO卫星升交点经度的漂移
  • 4.4.2 IGSO轨道控制速度增量的计算
  • 4.4.3 IGSO轨道控制结果
  • 4.4.4 IGSO轨道控制仿真分析
  • 4.5 本章小结
  • 第五章 GEO卫星定点保持
  • 5.1 静止卫星位置保持
  • 5.1.1 位置保持
  • 5.1.2 卫星位置漂移原理
  • 5.2 静止卫星位置保持控制策略
  • 5.2.1 东西向位置保持策略
  • 5.2.2 南北向位置保持策略
  • 5.3 仿真及结果分析
  • 5.4 本章小结
  • 结束语
  • 致谢
  • 参考文献
  • 作者在学期间取得的学术成果
  • 相关论文文献

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