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《基于視線測量的衛(wèi)星編隊機動控制方法》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內(nèi)容在學術論文-天天文庫。
1、2012年4月第2期中國空間科學技術ChineseSpaceScienceandTechnology基于視線測量的衛(wèi)星編隊機動控制方法張薇1馮孝輝2鄧忠民1(1北京航空航天大學宇航學院，北京100191)(2航天東方紅衛(wèi)星有限公司，北京100094)摘要采用視線測量的方法，建立一種編隊衛(wèi)星隊形保持與機動的協(xié)同控制策略。編隊中每一個衛(wèi)星跟蹤自己軌道前方鄰近衛(wèi)星，產(chǎn)生一個視線測量矢量，編隊的第一個衛(wèi)星根據(jù)高級控制層指令追蹤期望軌道，產(chǎn)生鏈式編隊，將編隊衛(wèi)星之間的視線距離作為反饋控制量來實現(xiàn)隊形控制。通過推導J。相
2、對攝動力的表達式，控制模型考慮了模型不確定性和攝動影響，采用滑模控制器，實現(xiàn)了基于視線測量的編隊衛(wèi)星鏈式跟蹤協(xié)同控制。仿真算例結果表明，該方法在實現(xiàn)編隊衛(wèi)星隊形保持與整體機動控制上具有可行性。關鍵詞衛(wèi)星編隊視線測量協(xié)同控制滑?？刂莆⑿⌒l(wèi)星DOI：10．3780／j．issn．1000—758X．2012．02．0121引言多衛(wèi)星協(xié)同為空間交會、對接、捕獲、組裝及多方位觀測等在軌服務提供更強有力的技術支持，擴展了航天器的功能和技術性能，小衛(wèi)星編隊的應用領域和應用模式不斷拓展，在深空探測、科學試驗、對地觀測和空間
3、控制等領域都將發(fā)揮巨大的作用。國內(nèi)外已經(jīng)在小衛(wèi)星編隊方面取得了大量的研究成果。早期的研究多針對簡化的主從結構研究編隊的保持問題，主從結構隊形保持，主星不受控制，從星相對主星進行控制u‘3J。主星由于攝動等在空間發(fā)生漂移無法體現(xiàn)，可能造成在隊形一定情況下，編隊已經(jīng)偏離任務區(qū)域[4]。此外，主星失效勢必造成整個編隊飛行任務的失敗，因此目前的研究重點多集中于無主星的編隊控制問題。本文針對空間近距離衛(wèi)星編隊在隊形保持基礎上的整體轉(zhuǎn)移機動，推導了J。相對攝動力的表達式，建立了一種基于視線測量的無主星鏈式跟蹤協(xié)同控制策略
4、，控制方法利用滑模變結構算法實現(xiàn)，控制模型考慮了模型不確定和噪聲干擾。建立r整體編隊機動的優(yōu)化模型。仿真算例表明，視線測量協(xié)同控制策略能夠?qū)崿F(xiàn)衛(wèi)星編隊構形保持和編隊整體轉(zhuǎn)移機動。2相對運動分析[
5、1=[：二簍≥卅△d㈤國家自然科學基金(10972019)資助項目收稿日期：201卜06—20。收修改稿日期：2011—0725!§±圄窒間型堂堇查!!!!至!旦式中k三弘／^班=const，p為地球引力常數(shù)，h為軌道坐標系的角動量；叫為軌道坐標系的角速度；Af一(，，f，f。)1為衛(wèi)星所受的各種力，包括各種攝動力、
6、控制力；Ad為不確定性擾動力。由J：引起的地球重力加速度在慣性坐標系里分量為‘6
7、：跏一字號川≯c，踟一一學i3川≯(1gZI一簪蠆3川譬)2(3由Kepler軌道方程：＆(1一92)～1+ecos0(2)參考衛(wèi)星在慣性坐標系中的位置坐標為(XiYiZi)1一Li(r00)1式中L．。為地心軌道坐標系到慣性坐標系的轉(zhuǎn)化矩陣口]。用(zYg)1表示主動衛(wèi)星在參考衛(wèi)星軌道坐標系中的位置矢量，那么，它在慣性坐標系中的分量為(AX。AYi2xZi)1一Li。(zYz)1式中L。為軌道坐標系到慣性坐標系的轉(zhuǎn)換矩陣‘8
8、
9、。它們的相對位置引起的攝動力之差(在慣性坐標系中的分量)為阱OAgxaX；OAgrOXia△gzaX．a(chǎn)△gxay．a(chǎn)△gyay．a(chǎn)△gzay．a(chǎn)△gxaZ；a△gy8Zia△gzaZ．匿將式(3)轉(zhuǎn)到參考衛(wèi)星軌道坐標系中有：(丘。厶。f：。)1=L。。(蠆xigr．ga)7式中L。。是L；。的逆矩陣；^。，f燈f：。則為相對位置引起的J：項對衛(wèi)星的相對攝動力。3協(xié)同控制器設計(3)基于上述相對運動分析，建立無主星編隊。隊形控制采用基于視線測量的循環(huán)協(xié)同控制方法，即編隊每個成員向自己軌道前一成員建立視線測量，
10、如圖1所示。假定N(N≥3)個衛(wèi)星組成的編隊，編隊衛(wèi)星s。跟蹤自己最臨近的前方編隊衛(wèi)星&，s，根據(jù)上級控制層指令追蹤目標軌道，產(chǎn)生鏈式編隊，那么在t時刻，衛(wèi)星S。視線矢量Z。(f)，i。(f)可以定義口3為fm(‘)2p”(‘)一pm(‘’l?l。(￡)一p。(￡)眼(z)J其中有N≥3，72一m一1，m≥2，P。(￡)和多。(f)為s。的位置矢量和速度矢量。編隊航天器在機動中的誤差可以表示為[81e。(￡)一f。(f)一屯(f)1；。(￡)一i。(t)一托)f∞’)2)三一，乙一，Z了／L，L(5!!!!生
11、!旦士亙至囹登堂重查12式中l(wèi)d(f)，i。(￡)為參考軌道的位置矢量和速度矢量，而控制系統(tǒng)的目標就是在一定控制時間使P。，；。趨向于0，實現(xiàn)給定的位置跟蹤。式中x=[z，y，2，主，多，童]7為系統(tǒng)的狀態(tài)，輸人為比=[亂。，％，‰]7，A一(三二)。。。；N=：f一_2，+∞2一三帥。如：。+。：1，=lr：o。：2”1，=。[0厶3×3，／00M0B0／a0，擾動項為N=：I一地V3I，=of，
