近年來,隨著人類對太空的探索不斷深入,利用空間望遠(yuǎn)鏡實施在軌偵查與跟蹤成為了空間探索與開發(fā)的一個熱點,而其中對望遠(yuǎn)鏡分辨率要求的不斷提高造成的設(shè)計口徑、所占的質(zhì)量比重增加,進(jìn)而對衛(wèi)星姿態(tài)干擾加重的問題尤其引人注目。在這種背景下,對空間望遠(yuǎn)鏡運動軌跡進(jìn)行必要的規(guī)劃以求減少干擾逐漸成為了一種共識�？臻g望遠(yuǎn)鏡系統(tǒng)工作在外空間微重力環(huán)境下,載體基座工作情況介于固定基座與自由漂浮基座之間,其擾動分析優(yōu)化過程較為復(fù)雜。為考慮問題方便,本文將載體基座理想化為固定基座和自由漂浮兩種模式進(jìn)行討論,將從系統(tǒng)反作用擾動建模、固定基座下運動軌跡規(guī)劃和自由漂浮基座下運動軌跡規(guī)劃三個方面依次展開深入研究,以改善空間望遠(yuǎn)鏡在實現(xiàn)點對點運動中反作用擾動情況,具體研究內(nèi)容包括:首先建立了空間望遠(yuǎn)鏡在固定基座和自由漂浮基座下反作用擾動模型。本文以牛頓-歐拉法作為基本框架,綜合利用了矢量坐標(biāo)變換、動量矩定理和角速度合成等剛體動力學(xué)理論,推導(dǎo)出系統(tǒng)在固定基座下反作用擾動數(shù)學(xué)模型,并將其轉(zhuǎn)變?yōu)槲⒎謩恿W(xué)的形式;在自由漂浮基座下,考慮角動量守恒這一非完整性約束,引入擾動雅克比矩陣概念,建立載體姿態(tài)擾動與望遠(yuǎn)鏡轉(zhuǎn)軸運動之間的物理聯(lián)系。其次研究了固定基座模式下空間望遠(yuǎn)鏡的軌跡優(yōu)化問題。根據(jù)實際需要將固定基座下最小反作用擾動問題抽象為一個連續(xù)Bolza型最優(yōu)控制問題,并分析了幾種求解該問題最優(yōu)解方法的優(yōu)缺點,進(jìn)而引出適用于固定基座非線性擾動模型優(yōu)化的Chebyshev偽譜法;本文依次從優(yōu)化目標(biāo)、邊界約束條件、初始值猜測和靜態(tài)優(yōu)化方法進(jìn)行論述,給出了基于Chebyshev偽譜法的數(shù)值解決方案。最后研究了空間望遠(yuǎn)鏡在自由漂浮基座下的軌跡優(yōu)化問題。根據(jù)實際需要討論了姿態(tài)擾動指標(biāo)的選擇問題,取載體姿態(tài)的變化量的2-范數(shù)作為評價指標(biāo);其次根據(jù)望遠(yuǎn)鏡運動學(xué)方程探討了廣義雅克比矩陣的局部性質(zhì),利用奇異值分解(SVD)這一數(shù)學(xué)工具得到短距離最小擾動規(guī)劃方向;在此基礎(chǔ)上對空間望遠(yuǎn)鏡中長距離點到點的路徑規(guī)劃問題進(jìn)行必要的數(shù)學(xué)抽象,將其轉(zhuǎn)化為經(jīng)典NLP問題進(jìn)行求解,并通過施加必要物理約束,改善擾動優(yōu)化軌線。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：P111
【部分圖文】：

哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文第1章 緒 論1.1 課題研究的背景和意義空間望遠(yuǎn)鏡主要由航天器載體基座和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡兩部分組成，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡主要包括一個俯仰軸-偏航軸支撐支架和一個觀測鏡頭以及必要的輔助控制設(shè)備，如圖 1-1 所示。利用空間望遠(yuǎn)鏡實施在軌偵查與跟蹤是現(xiàn)在以及未來空間探索與開發(fā)的熱點，圖 1-2 為美國 KH“鎖眼”系列偵查衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)示意圖。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)碩士學(xué)位論文第1章 緒 論1.1 課題研究的背景和意義空間望遠(yuǎn)鏡主要由航天器載體基座和光學(xué)望遠(yuǎn)鏡兩部分組成，光學(xué)望遠(yuǎn)鏡主要包括一個俯仰軸-偏航軸支撐支架和一個觀測鏡頭以及必要的輔助控制設(shè)備，如圖 1-1 所示。利用空間望遠(yuǎn)鏡實施在軌偵查與跟蹤是現(xiàn)在以及未來空間探索與開發(fā)的熱點，圖 1-2 為美國 KH“鎖眼”系列偵查衛(wèi)星的結(jié)構(gòu)示意圖。
【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2850723