基于微小卫星编队的聚光操控技术研究

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1、中图分类号：V19论文编号：102871518－SZ003学科分类号：081101硕士学位论文基于微小卫星编队的聚光操控技术研究研究生姓名杨炳辉专业类别工程硕士专业领域控制工程指导教师康国华研究员南京航空航天大学研究生院航天学院二О一八年三月NanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAstronauticsTheTechnologyofSunlightConvergingbasedonSmallSatelliteForma

2、tionAThesisinControlEngineeringByBinghuiYangAdvisedbyResearcher.GuohuaKangSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch,2018承诺书本人声明所呈交的博/硕士学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学

3、或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。（保密的学位论文在解密后适用本承诺书）作者签名：日期：南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文摘要随着航天微电子技术、航天器快速发射技术以及卫星模块化技术的高速发展，微小卫星技术开始进入实用化阶段。微小卫星“周期短、成本低”的特点满足航天装备对时效性、战略性和灵活性的要求，因此在航天军事装备领域受到了高度重视，成为航天领域中的活跃力量。但受限于微小

4、卫星体积、功耗等约束，以微小卫星为平台实现简单且杀伤力强的装备面临很多挑战。本文基于微小卫星编队，提出一种聚光操控技术，将太阳光汇聚到目标上，提升目标温度甚至烧毁目标，形成一种软杀伤能力。本文对该项技术涉及的关键问题进行了研究，主要研究内容包括：（1）设计微小卫星聚光编队。由多颗微小卫星构成卫星编队，以太空中的太阳光作为能量来源，通过编队卫星协同姿态控制将光反射并汇聚集到目标卫星上，利用能量聚集产生的高温降低卫星内关键电子器件的可靠性、破坏卫星结构。仿真分析表明，编队可以保持稳定高效的聚光，可以对目标卫星进行有效地杀伤。

5、（2）设计姿轨耦合二阶滑模控制算法。为了控制编队卫星的姿态并解决由外界摄动造成的编队构型漂移，结合编队卫星的自身特点和任务需求，设计了卫星姿轨耦合二阶滑模控制算法，并结合聚光编队的设计进行分析，确定了控制算法的性能指标，数学仿真证明该控制算法可以应用于微小卫星聚光编队中。（3）搭建聚光编队的平面气浮台仿真系统。为了在地面环境下模拟编队卫星在空间中的轨道及姿态运动，验证卫星编队聚光算法，设计并搭建了基于平面气浮台的仿真系统。根据聚光编队仿真系统的功能需求，提出了该系统的总体设计方案，设计了单个卫星仿真器的三维模型，并对气动

6、回路、位姿测量系统、控制系统，供电系统等进行开发。根据设计方案对于气浮台台体进行搭建与调试。最后开发了一套用于仿真系统的测控系统，并对整个系统进行联调。关键词：卫星编队；微小卫星；空间攻防；姿轨耦合控制；聚光操控I基于微小卫星编队的聚光操控技术研究ABSTRACTWiththeequipmentofmodernspaceflightinthefieldoftimeliness,strategicandflexiblerequirementsmoreandmorehigh,withtherapiddevelopmentof

7、aerospacemicroelectronics,spacecraftrapidlaunchtechnologyandsatellitemodulartechnology,micro-satellitesaregraduallybecominganimportantspacemilitaryforce.However,atpresent,thereisnotamilitaryapplicationofmicro-satellitesthateasytoimplementandhasaobviousKillingeffe

8、ct.Inordertosolvethisproblem,thispaperdesignsthesunlight-concentratingbasedonthemicro-satelliteformationandresearchsthekeyissues.Themainresearchresultsinclude: