航天器编队动力学与控制PDF电子书下载

第1章 概论 1

1.1航天器编队飞行任务的发展现状 2

1.1.1对地观测编队飞行任务 2

1.1.2天文观测编队飞行任务 3

1.1.3编队飞行技术试验任务 4

1.2航天器编队动力学与控制研究进展 6

1.2.1航天器编队相对动力学建模 6

1.2.2航天器编队相对构形设计 7

1.2.3航天器编队相对导航方法 8

1.2.4航天器编队相对控制方法 9

1.2.5航天器编队地面仿真验证 12

1.3本书的主要内容 13

参考文献 13

第2章 航天器编队相对动力学基础 21

2.1坐标系定义 21

2.2相对轨道动力学表述 22

2.2.1用相对位置速度表示的相对轨道运动方程 22

2.2.2用相对轨道要素表示的相对轨道运动方程 25

2.2.3基于哈密顿原理的相对轨道运动方程 37

2.2.4基于相对偏心率／倾角矢量的相对运动模型 42

2.3相对姿态动力学表述 48

2.3.1相对姿态的描述 48

2.3.2用欧拉角表示的相对姿态运动方程 51

2.3.3用四元数表示的相对姿态运动方程 52

2.3.4基于MRP的相对姿态运动学方程 52

2.4小结 53

参考文献 53

第3章 航天器编队空间构形设计方法 55

3.1基于配置相对偏心率／倾角矢量的编队构形设计 55

3.1.1基于图形法的相对偏心率／倾角矢量配置 55

3.1.2相对偏心率／倾角矢量的图形配置方法 57

3.1.3基于相对偏心率／倾角矢量最优配置的构形优化设计 62

3.2用相对轨道要素表示的空间构形设计 62

3.2.1系统相对运动数学模型 62

3.2.2系统构形设计一般方法 64

3.3空间构形设计中环境摄动的补偿 65

3.3.1测量控制误差对系统相对轨道要素的影响 65

3.3.2J2和大气阻力对系统相对轨道要素的影响 67

3.3.3考虑系统控制误差情况下的修正周期 68

3.4小结 72

参考文献 72

第4章 航天器编队相对轨道确定方法 74

4.1编队构形自然漂移过程的相对轨道确定方法 74

4.1.1近圆参考轨道编队的相对轨道确定 75

4.1.2椭圆参考轨道编队的相对轨道确定 80

4.2编队构形调整过程中的相对轨道确定方法 81

4.2.1强跟踪滤波器的设计 82

4.2.2相对轨道确定 84

4.3针对弱观测情况的相对轨道确定方法 84

4.3.1相对轨道确定的能观测条件 84

4.3.2利用距离信息的相对轨道确定 87

4.3.3利用角度信息的相对轨道确定 91

4.4基于Schmidt-EKF联邦滤波的相对定轨方法 93

4.4.1估计器构形及算法 94

4.4.2联邦滤波算法 96

4.4.3相对轨道确定 98

4.5小结 102

参考文献 102

第5章 航天器编队构形维持及重构控制方法 103

5.1基于轨道要素的构形维持控制方法 103

5.1.1基于平均轨道要素偏差的构形自主修正方法 103

5.1.2基于面质比调整的构形迹向漂移修正方法 106

5.2基于偏心率／倾角矢量的构形维持控制方法 109

5.2.1基于最优参考控制点的燃料最优构形保持 109

5.2.2基于相位角旋转的构形保持燃料均衡策略 114

5.2.3基于偏心率／倾角矢量的构形保持控制方法 116

5.3基于连续推力的编队构形控制方法 127

5.3.1基于LQR的绕飞轨道保持控制 127

5.3.2基于多项式特征结构配置的高精度位置保持 130

5.4基于相对偏心率／倾角矢量的编队构形重构控制方法 136

5.4.1基于相对偏心率／倾角矢量的最优多脉冲相对轨道转移问题 137

5.4.2单颗航天器的最优多脉冲相对轨道转移解析解及其证明 138

5.4.3编队构形重构的最优多脉冲解析解 147

5.5基于双脉冲的编队构形重构优化控制方法 149

5.5.1椭圆轨道时绕飞轨道间的优化转移 150

5.5.2近圆轨道时绕飞轨道间的优化转移 153

5.6小结 159

参考文献 159

第6章 航天器编队姿态协同控制方法 161

6.1相对姿态信息获取 161

6.1.1发射信号航天器期望姿态 161

6.1.2接收信号航天器期望姿态 162

6.1.3期望姿态信息获取 163

6.2相对协同控制体系结构 164

6.3非线性PID协同控制算法 166

6.3.1基于Lyapunov理论的一般性控制器 166

6.3.2主要结果的扩展 170

6.4变结构协同控制器 173

6.4.1基于四元数的一般性控制器 174

6.4.2主要结果的扩展 178

6.5小结 182

参考文献 182

第7章 航天器编队轨道与姿态耦合控制方法 184

7.1基于独立模型的相对轨道与姿态耦合控制方法 184

7.1.1相对轨道与姿态耦合动力学模型 185

7.1.2耦合控制器设计 185

7.2相对轨道与姿态一体化耦合控制方法 191

7.2.1姿态约束条件 192

7.2.2相对运动的一体化控制 196

7.2.3高斯伪谱离散化方法 197

7.3考虑耦合动力学的航天器编队相对运动分布式控制方法 202

7.3.1相对运动解耦条件 202

7.3.2解耦姿态控制器设计 206

7.3.3多航天器编队分布式控制 208

7.4航天器编队相对运动分布式协同控制 213

7.4.1分组分布式协同控制策略 214

7.4.2相对姿态分布式协同控制 215

7.4.3相对轨道分布式协同控制 218

7.4.4相对轨道与姿态6DOF协同控制 219

7.5小结 222

参考文献 222

第8章 航天器编队地面仿真验证 224

8.1系统组成概述 224

8.2硬件组成与接口关系 225

8.2.1硬件特性及技术指标参数 227

8.2.2硬件接口模型 241

8.3地面仿真系统建模与分析 246

8.3.1系统动力学建模 246

8.3.2与空间运动相似性分析 249

8.4相对姿态协同控制地面仿真验证 250

8.4.1试验前的准备 250

8.4.2试验流程及方案 250

8.5相对位置协同控制地面仿真验证 258

8.5.1试验方案 258

8.5.2试验方法与流程 260

8.5.3试验结果及分析 262

8.6小结 273

参考文献 273