航天器自主交会对接相对导航方法研究

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1、硕士学位论文航天器自主交会对接相对导航方法研究RESEARCHONRELATIVENAVIGATIONFORSPACECRAFTAUTONOMOUSRENDEZVOUSANDDOCKING封天明哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V448.2学校代码：10213国际图书分类号：629.78密级：公开工学硕士学位论文航天器自主交会对接相对导航方法研究硕士研究生：封天明导师：荆武兴教授申请学位：工学硕士学科：航空宇航科学与技术所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V44

2、8.2U.D.C:629.78DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONRELATIVENAVIGATIONFORSPACECRAFTAUTONOMOUSRENDEZVOUSANDDOCKINGCandidate：FengTianmingSupervisor：Prof.JingWuxingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AeronauticalandAstronauticalScienceandT

3、echnologyAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要自主交会对接技术在空间在轨维修、燃料服务、空间碎片清理等任务中起着及其重要的作用。为减小系统的复杂性，降低系统的成本，提高系统的可靠性，本文以光学相机作为航天器进行相对信息测量的唯一敏感器，对交会对接过程中的相对导航问题进行了研究，给出了基于仅测角的自主交会对接相对

4、导航方法。本文主要研究工作如下：推导并建立了基于仅测角相对导航的动力学模型，包含了绝对轨道运动模型、姿态运动模型、轨道相对运动的化简模型——C-W方程、敏感器模型、执行机构模型。给出了用于相对导航计算的滤波算法，给出了仅测角相对导航的观测方程，并进行了可观测性分析，给出了相应的可观性判据；为了进一步考察轨道的可观性水平，给出了用于衡量可观测程度的可观性矩阵；给出了用于仅测角交会对接相对导航的详细的导航滤波模型；依据交会对接的任务背景，设计了可以实现交会对接任务的制导和控制算法。介绍了MonteCarlo打靶法，并建立了导航结果误差分析的

5、指标，利用本文所给出的方法，设计了仿真场景，并进行了多次打靶仿真，验证了本文提出的相对导航方法的可行性。关键词：自主交会对接；相对导航；仅测角导航；可观测性分析；扩展卡尔曼滤波I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTheautonomousrendezvousanddockingtechnologyplaysaveryimportantroleinmanyspacemissionssuchason-orbitmaintenance,fueladdingandspacedebriscleaning.Toestablishalow

6、-power,low-cost,low-complexityandhighreliabilityschemeforrelativenavigation,thispaperutilizesanoptimalcamera,whichistheonlyavailablesensorforrelativemeasurement,toachievetherelativenavigationofcloserangerendezvousanddocking.Thispaperproposesangles-onlynavigationmethod.Th

7、emainworkofthispaperislistedasfollow:Thedynamicmodelofangles-onlynavigationmethodisderived,whichincludestheorbitalmotionequations,attitudemotionequationsandthelinearizeddifferentialequations,i.e.,theC-Wequations,andthemodelsofsensorsandactuators.Thefilteralgorithmforrela

8、tivenavigationisformulatedandtheobservationequationofangles-onlynavigationisderived.Usingtheobservation