敏捷衛(wèi)星姿態(tài)機動規(guī)劃方法研究

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1、分類號：密級：UDC：編號：工學博士學位論文敏捷衛(wèi)星姿態(tài)機動規(guī)劃方法研究博士研究生：武曉雯指導教師：趙琳教授學科、專業(yè)：導航、制導與控制哈爾濱工程大學2016年11月萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)分類號：密級：UDC：編號：工學博士學位論文敏捷衛(wèi)星姿態(tài)機動規(guī)劃方法研究博士研究生：武曉雯指導教師：趙琳教授學位級別：工學博士學科、專業(yè)：導航、制導與控制所在單位：自動化學院論文提交日期：2016年11月論文答辯日期：2016年11月12日學位授予單位：哈爾濱工程大學萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofD.EngResearc

2、honAttitudeManeuveringPlanningMethodofAgileSatelliteCandidate:WuXiaowenSupervisor:Prof.ZhaoLinAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:Navigation,GuidanceandControlDateofSubmission:Nov,2016DateofOralExamination:Nov12th,2016University:HarbinEngineeringUniversity萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)哈爾濱工程大學學位論文原

3、創(chuàng)性聲明本人鄭重聲明：本論文的所有工作，是在導師的指導下，由作者本人獨立完成的。有關(guān)觀點、方法、數(shù)據(jù)和文獻的引用已在文中指出，并與參考文獻相對應(yīng)。除文中已注明引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)公開發(fā)表的作品成果。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中以明確方式標明。本人完全意識到本聲明的法律結(jié)果由本人承擔。作者（簽字）：日期：年月日哈爾濱工程大學學位論文授權(quán)使用聲明本人完全了解學校保護知識產(chǎn)權(quán)的有關(guān)規(guī)定，即研究生在校攻讀學位期間論文工作的知識產(chǎn)權(quán)屬于哈爾濱工程大學。哈爾濱工程大學有權(quán)保留并向國家有關(guān)部門或機構(gòu)送交論文的復印件。本人允許哈爾濱工程大學將論文的部

4、分或全部內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進行檢索，可采用影印、縮印或掃描等復制手段保存和匯編本學位論文，可以公布論文的全部內(nèi)容。同時本人保證畢業(yè)后結(jié)合學位論文研究課題再撰寫的論文一律注明作者第一署名單位為哈爾濱工程大學。涉密學位論文待解密后適用本聲明。本論文（□在授予學位后即可□在授予學位12個月后□解密后）由哈爾濱工程大學送交有關(guān)部門進行保存、匯編等。作者（簽字）：導師（簽字）：日期：年月日年月日萬方數(shù)據(jù)萬方數(shù)據(jù)敏捷衛(wèi)星姿態(tài)機動規(guī)劃方法研究摘要敏捷衛(wèi)星因其較強的姿態(tài)機動能力、高效的工作模式和廣闊的應(yīng)用前景受到越來越多研究學者的關(guān)注，是今后實現(xiàn)復雜觀測任務(wù)的重要發(fā)展方向。敏捷衛(wèi)星機動成像模式是一

5、種復雜的工作模式，能夠?qū)崿F(xiàn)對于任意地表軌跡的連續(xù)成像，將會為能源領(lǐng)域、國土和國家安全、國防等方面提供更豐富的應(yīng)用。敏捷機動成像技術(shù)對于機動過程與成像過程中的姿態(tài)控制有多種復雜要求，不同階段包含有不同的約束條件，對姿態(tài)指向精度、姿態(tài)角速度精度有很高要求，需要設(shè)計適合敏捷機動成像的姿態(tài)規(guī)劃方法以及控制策略，才能保證敏捷衛(wèi)星沿特定推掃方式完成高精度成像任務(wù)。論文針對上述問題開展了相應(yīng)的姿態(tài)機動規(guī)劃方法研究，以發(fā)掘高精度的姿態(tài)機動規(guī)劃方法，支持敏捷平臺的優(yōu)化設(shè)計。論文主要的研究工作如下：(1)根據(jù)敏捷衛(wèi)星機動特性建立姿態(tài)運動學模型，姿態(tài)動力學模型以及軌道動力學模型。分析了敏捷對地觀測過程，

6、以多段折線型的條帶成像任務(wù)為例，開展敏捷機動成像任務(wù)的姿態(tài)規(guī)劃工作研究。(2)針對敏捷衛(wèi)星姿態(tài)機動過程的運動特點和約束，對該過程的姿態(tài)規(guī)劃問題進行了深入研究，設(shè)計滿足多任務(wù)序列的姿態(tài)機動規(guī)劃方法。以姿態(tài)/控制參數(shù)一體化規(guī)劃為思路，在有限長的姿態(tài)調(diào)整時間、執(zhí)行機構(gòu)能力等約束下，規(guī)劃出合理的角位置變化律；同時考慮機動角加速度ω不為零導致的撓性振動，將規(guī)劃軌跡作為敏捷控制系統(tǒng)的輸入量，得到相應(yīng)的優(yōu)化控制參數(shù)。在目前規(guī)劃姿態(tài)軌跡的研究基礎(chǔ)上，將任務(wù)劃分更為細致，考慮了初始與終止姿態(tài)角、姿態(tài)角速度不為零時的姿態(tài)約束，并對設(shè)計的規(guī)劃方法進行了相關(guān)的數(shù)學仿真。仿真結(jié)果表明所提出的軌跡規(guī)劃方法對撓

7、性振動有一定的抑制效果，利用設(shè)計的姿態(tài)規(guī)劃方法可以有效解決三類實際軌跡規(guī)劃應(yīng)用問題。(3)針對敏捷衛(wèi)星機動成像過程姿態(tài)運動要求，分析影響成像質(zhì)量的約束條件，對條帶目標的推掃成像姿態(tài)規(guī)劃問題進行了深入研究?？紤]機動成像需要敏捷衛(wèi)星在姿態(tài)機動中完成成像任務(wù)，較傳統(tǒng)成像衛(wèi)星而言成像過程更為復雜，需同時滿足觀測時間、觀測區(qū)域、攝影地速等約束，還需滿足姿態(tài)精度要求。為保證敏捷成像精度，提出考慮偏流角的敏捷衛(wèi)星勻地速推掃姿態(tài)規(guī)劃方法。建立優(yōu)化模型來求解每個條帶的觀測起始時刻，使得