编队卫星碰撞风险评估及安全控制研究

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1、硕士学位论文编队卫星碰撞风险评估及安全控制研究STUDYONTHECOLLISIONRISKASSESSMENTANDSECURITYCONTROLOFSATELLITEFORMATIONFLYING张东青哈尔滨工业大学2015年6月图内图书分类号：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编队卫星碰撞风险评估及安全控制研究硕士研究生：张东青导师：张锦绣申请学位：工学硕士学科：飞行器设计所在单位：航天学院答辩日期：2015年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学Classifi

2、edIndex:V448.2U.D.C:629.78DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringSTUDYONTHECOLLISIONRISKASSESSMENTANDSECURITYCONTROLOFSATELLITEFORMATIONFLYINGCandidate：ZhangSupervisor：Prof.ZhangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：SpacecraftDesignAffilia

3、tion：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2015Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要编队卫星技术是航天技术发展的一个前沿方向，而围绕卫星编队的碰撞规避问题是一个重要难题。本论文以卫星编队为研究对象，从编队卫星相对运动模型描述出发，在此基础上完成编队卫星碰撞风险评估，并对编队卫星碰撞规避问题进行了研究。使用基于相对E/I矢量推导了卫星编队的相对运动模型，并进行

4、了摄动情况下的构型变化分析。对初始的导航误差在基于相对E/I矢量的相对运动模型下的传导特性进行分析，该分析方法较之CW方程下的传导分析更为简洁直观。通过加入J2摄动项，提高了以前分析模型的精度，使得对误差协方差矩阵的长时间预测更加准确真实。利用概率理论完成了基于概率积分的碰撞风险评估，为碰撞事件预测和规避规划提供了评判标准。讨论了空间碎片规避的短期回避策略和中期回避策略，针对短期回避问题，提出了一种适用于碎片规避的基于梯度下降法的规避方法，使将机动之后的位置沿着预计碰撞点的碰撞概率密度函数的负梯度方向偏移。对于短期

5、制导过程中各项误差对制导精度的影响，提出了一种基于误差校正的优化方法。通过对算例进行仿真分析，验证了方法的可行性。针对编队卫星间的碰撞规避问题，提出了一种有效的机动控制方法。首先对目标设定椭球状的碰撞区域，对于初始时刻在碰撞区域内的卫星，通过机动使伴飞卫星离开该碰撞区域。同时对最终时刻的卫星的迹向漂移速度加以限制，防止构型的过度发散。在卫星离开碰撞区域后，为保证垂直迹向的平面上的安全距离，需要对垂直迹向的平面上的距离加以限制。最终结合这些约束条件，就燃料消耗最少的目标进行优化。关键词：编队卫星；碰撞概率；空间碎片；

6、防碰撞；协方差矩阵I哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractSatelliteformationflyingisaforwarddirectioninthedevelopmentofspacetechnology,andtheproblemofcollisionavoidanceconcernedwithformationisbecominganimportantissue.Inthispaper,themainworkincludedthefollowingfouraspects.Basedontherel

7、ativeE/Ivector,thispaperestablisheddynamicalmodelsdescribingtherelativemotionbetweenthesatellitesintheformation,throughwhichtheanalysisoftheconfigurationchangesinthecaseofJ2perturbationwerecarriedout.BasedonthedynamicalmodelswithrelativeE/Ivector,thepropagatio

8、noftheinitialnavigationerrorwasanalyzed.Comparedwithformermethod,thismethodwasmoreconciseandintuitive.BytheadditionofJ2perturbation,theaccuracyisimproved,andthepredictionoftheerror