本文關(guān)鍵詞：近地圓軌道上航天器碰撞概率計(jì)算及規(guī)避策略

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【摘要】：隨著人類航天技術(shù)的快速發(fā)展,近年來航天活動(dòng)不斷增加,隨之而來的是近地空間在軌航天器的數(shù)量急劇攀升,圍繞地球的軌道空間變得愈發(fā)擁擠。在如此擁擠的環(huán)境中飛行,航天器之間以及航天器和空間碎片發(fā)生碰撞的可能性都明顯提高,因此對(duì)碰撞預(yù)警和規(guī)避機(jī)動(dòng)問題的研究有了其重要意義。本文把航天器和空間目標(biāo)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)視為非線性運(yùn)動(dòng),將測量系統(tǒng)測量狀態(tài)量時(shí)帶有的誤差考慮在內(nèi),計(jì)算了航天器與空間目標(biāo)的碰撞概率,并分析了碰撞概率的置信度,然后對(duì)規(guī)避機(jī)動(dòng)的策略進(jìn)行了研究。航天器的碰撞預(yù)警以及規(guī)避機(jī)動(dòng)主要是對(duì)航天器與空間目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行分析。在第一章主要介紹了國內(nèi)外學(xué)者對(duì)航天器碰撞預(yù)警及規(guī)避機(jī)動(dòng)策略的研究現(xiàn)狀。第二章概述了解決問題的過程中涉及到的基礎(chǔ)知識(shí),推導(dǎo)了航天器與空間目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力學(xué)方程,將初始時(shí)刻的相對(duì)狀態(tài)信息進(jìn)行外推,對(duì)未來時(shí)刻的相對(duì)狀態(tài)信息進(jìn)行預(yù)報(bào)。第三章對(duì)測量誤差隨時(shí)間變化的公式進(jìn)行推導(dǎo),基于兩者的相對(duì)狀態(tài)信息構(gòu)建碰撞概率模型,分別計(jì)算了航天器與空間目標(biāo)的最大瞬時(shí)碰撞概率和擬最大瞬時(shí)碰撞概率,然后分析了測量誤差的傳播特性,對(duì)碰撞概率的置信度進(jìn)行了初步研究。第四章在滿足碰撞概率約束的前提下,以消耗能量最小為優(yōu)化準(zhǔn)則,對(duì)航天器規(guī)避碰撞的機(jī)動(dòng)策略進(jìn)行研究,運(yùn)用控制量參數(shù)法和配點(diǎn)法把連續(xù)的最優(yōu)控制問題離散化,然后分別對(duì)航天器進(jìn)行機(jī)動(dòng)的最優(yōu)策略進(jìn)行了求解,并將兩種方法所得結(jié)果進(jìn)行比較分析。通過選取算例進(jìn)行數(shù)值仿真,對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析可以得知:當(dāng)航天器與空間目標(biāo)的相對(duì)速度較小,相對(duì)運(yùn)動(dòng)為非線性動(dòng)時(shí),擬最大瞬時(shí)碰撞概率可以替代最大碰撞概率,大大節(jié)省計(jì)算時(shí)間;航天器與空間目標(biāo)的碰撞預(yù)警考慮到預(yù)測期望及分布,由于測量系統(tǒng)的誤差,給定碰撞概率的區(qū)間可以更好地描述碰撞發(fā)生的可能性;當(dāng)在滿足碰撞概率約束的前提下,尋求航天器規(guī)避的最優(yōu)策略時(shí),控制量參數(shù)法比配點(diǎn)法更合理、方便。
【關(guān)鍵詞】：近地圓軌道 碰撞概率 虛警率 規(guī)避策略 控制量參數(shù)法 配點(diǎn)法
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：V528
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 緒論9-16
• 1.1 課題背景及研究的意義9-10
• 1.1.1 課題背景9-10
• 1.1.2 課題研究的意義10
• 1.2 碰撞預(yù)警及規(guī)避策略國內(nèi)外研究現(xiàn)狀10-14
• 1.2.1 碰撞預(yù)警國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-14
• 1.2.2 規(guī)避策略國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容14-15
• 1.4 本章小結(jié)15-16
• 第2章 相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型及誤差分析16-29
• 2.1 相關(guān)坐標(biāo)系的定義及坐標(biāo)之間轉(zhuǎn)換16-20
• 2.1.1 地心慣性坐標(biāo)系16
• 2.1.2 RSW坐標(biāo)系16-17
• 2.1.3 質(zhì)心軌道坐標(biāo)系17-18
• 2.1.4 軌道根數(shù)到與位置速度之間的轉(zhuǎn)換18-20
• 2.1.5 坐標(biāo)系間相互轉(zhuǎn)換20
• 2.2 航天器與空間目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型20-24
• 2.3 C-W方程誤差分析24-28
• 2.4 本章小結(jié)28-29
• 第3章 碰撞概率計(jì)算及虛警分析29-49
• 3.1 相對(duì)狀態(tài)量協(xié)方差矩陣及其外推29-30
• 3.2 碰撞概率計(jì)算及碰撞預(yù)警30-33
• 3.3 初始狀態(tài)誤差傳播分析33-41
• 3.3.1 x軸方向誤差的單調(diào)性分析35-37
• 3.3.2 y軸方向誤差的單調(diào)性分析37-38
• 3.3.3 z軸方向誤差的單調(diào)性分析38-39
• 3.3.4 耦合項(xiàng)分析39-41
• 3.4 碰撞概率的虛警研究41-43
• 3.5 數(shù)值仿真及結(jié)果分析43-48
• 3.5.1 仿真算例143-45
• 3.5.2 仿真算例245-47
• 3.5.3 仿真算例347-48
• 3.6 本章小結(jié)48-49
• 第4章 基于碰撞概率的規(guī)避策略研究49-68
• 4.1 規(guī)避策略問題描述49-50
• 4.2 控制量參數(shù)化方法50-53
• 4.3 配點(diǎn)法53-57
• 4.3.1 Gauss-Lobatto配點(diǎn)54-55
• 4.3.2 配點(diǎn)處的約束方程55-57
• 4.4 數(shù)值仿真及分析57-67
• 4.4.1 仿真算例157-60
• 4.4.2 仿真算例260-63
• 4.4.3 仿真算例363-67
• 4.5 本章小結(jié)67-68
• 結(jié)論68-69
• 參考文獻(xiàn)69-73
• 攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的論文及其它成果73-75
• 致謝75

【參考文獻(xiàn)】

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4 王華;唐國金;李海陽;;基于碰撞概率的交會(huì)對(duì)接近距離導(dǎo)引段的軌跡安全[J];宇航學(xué)報(bào);2007年03期

5 王華;李海陽;唐國金;;基于碰撞概率的交會(huì)對(duì)接最優(yōu)碰撞規(guī)避機(jī)動(dòng)[J];宇航學(xué)報(bào);2008年01期

6 李翠蘭;唐歌實(shí);胡松杰;李勰;張宇;;交會(huì)對(duì)接任務(wù)碰撞規(guī)避策略制定研究[J];載人航天;2014年01期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

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本文編號(hào)：862860