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航天器反交会规避机动方法研究 |
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【摘要】：空间反交会规避机动是空间安全的一项关键技术,可以规避敌方航天器接近我方航天器,为我方航天器自身安全提供保障。本文以航天器反交会问题为背景,针对近距离段和逼近段两个阶段对反交会规避机动问题进行研究,建立了近距离段反交会最优规避机动优化指标和模型,提出了逼近段反交会追逃博弈相平面和三维空间分析方法。论文的主要研究成果如下:建立了仅测角相对导航可观测性模型,基于可观测度利用单目标、多目标优化方法对近距离段反交会规避机动进行了优化分析。1)建立了仅测角相对导航可观测性模型,给出了状态方程和观测方程,对相对导航状态估计误差进行了分析,阐述了相对运动可观测度原理,并给出了可观测度定义;2)以可观测度为优化指标,发展了基于梯度的反交会规避机动方向求解算法;3)以可观测度和最小相对距离为指标,以规避机动方向和脉冲施加时间为优化变量,建立了反交会规避机动多目标优化模型,利用NSGA-II算法对该问题进行了优化,并进行了仿真验证。建立了不考虑引力影响的逼近段反交会规避机动问题相平面分析模型,推导了相平面相对运动方程,定义了捕获区与逃逸区,获得了最优规避机动方向。1)在现有的视线瞬时旋转平面IRPL相对运动模型基础上,结合实际物理意义推导得到了修正极点坐标系MPC下微分方程组表达式,并利用变量替换进一步简化了所推导的相平面方程;2)给出了零控脱靶量(ZEM)的定义,并利用零控脱靶量的一阶导数进行数学推导,得到了目标航天器最优规避机动方向;3)推导了接近航天器采用TPN导引律对目标航天器逼近时相应的垂直视线方向加速度maθ和沿视线方向加速度mra的表达式。利用相对运动方程在相平面上将追逃博弈问题的捕获与逃逸区作了直观展示,为逼近段两航天器反交会博弈问题找到了新的理论分析方法。推导了考虑引力影响的三维空间相对运动方程,将逼近段反交会规避机动相平面分析方法进行拓展,建立了逼近段反交会博弈问题三维空间分析模型。1)利用轨道直角坐标系下两航天器相对运动方程推导得到了考虑地球引力的视线坐标系下两航天器相对运动方程,进而得到MPC下考虑引力作用的相对运动方程,给出了三维空间捕获与逃逸区定义;2)根据接近航天器采用TPN导引律对目标航天器进行逼近时其相应的maθ和mra表达式,推导得到了三维空间分析方程,根据空间逃逸区定义,对空间进行了划分,给出了空间流线矢量方向计算方法;3)定义了脉冲过载受限情况下三维空间相对运动方程,通过仿真得到了三维空间相对运动博弈仿真结果,验证了三维空间逃逸分析方法的正确性,拓展了空间相对运动微分方程分析问题的范围,解决了相对运动方程组不解耦就无法进行相平面分析的问题。本文针对反交会这一全新概念开展研究,建立了一套近距离段和逼近段规避机动计算模型和方法,可为我国航天器在轨安全提供参考。
【关键词】：反交会 规避机动 相平面分析 三维空间分析 追逃博弈 最优机动
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V448.2
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