敏捷卫星姿态机动规划方法研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文敏捷卫星姿态机动规划方法研究博士研究生：武晓雯指导教师：赵琳教授学科、专业：导航、制导与控制哈尔滨工程大学2016年11月万方数据万方数据分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文敏捷卫星姿态机动规划方法研究博士研究生：武晓雯指导教师：赵琳教授学位级别：工学博士学科、专业：导航、制导与控制所在单位：自动化学院论文提交日期：2016年11月论文答辩日期：2016年11月12日学位授予单位：哈尔滨工程大学万方数据万方数据ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofD.EngResearc

2、honAttitudeManeuveringPlanningMethodofAgileSatelliteCandidate:WuXiaowenSupervisor:Prof.ZhaoLinAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:Navigation,GuidanceandControlDateofSubmission:Nov,2016DateofOralExamination:Nov12th,2016University:HarbinEngineeringUniversity万方数据万方数据哈尔滨工程大学学位论文原

3、创性声明本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。作者（签字）：日期：年月日哈尔滨工程大学学位论文授权使用声明本人完全了解学校保护知识产权的有关规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权属于哈尔滨工程大学。哈尔滨工程大学有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件。本人允许哈尔滨工程大学将论文的部

4、分或全部内容编入有关数据库进行检索，可采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文，可以公布论文的全部内容。同时本人保证毕业后结合学位论文研究课题再撰写的论文一律注明作者第一署名单位为哈尔滨工程大学。涉密学位论文待解密后适用本声明。本论文（□在授予学位后即可□在授予学位12个月后□解密后）由哈尔滨工程大学送交有关部门进行保存、汇编等。作者（签字）：导师（签字）：日期：年月日年月日万方数据万方数据敏捷卫星姿态机动规划方法研究摘要敏捷卫星因其较强的姿态机动能力、高效的工作模式和广阔的应用前景受到越来越多研究学者的关注，是今后实现复杂观测任务的重要发展方向。敏捷卫星机动成像模式是一

5、种复杂的工作模式，能够实现对于任意地表轨迹的连续成像，将会为能源领域、国土和国家安全、国防等方面提供更丰富的应用。敏捷机动成像技术对于机动过程与成像过程中的姿态控制有多种复杂要求，不同阶段包含有不同的约束条件，对姿态指向精度、姿态角速度精度有很高要求，需要设计适合敏捷机动成像的姿态规划方法以及控制策略，才能保证敏捷卫星沿特定推扫方式完成高精度成像任务。论文针对上述问题开展了相应的姿态机动规划方法研究，以发掘高精度的姿态机动规划方法，支持敏捷平台的优化设计。论文主要的研究工作如下：(1)根据敏捷卫星机动特性建立姿态运动学模型，姿态动力学模型以及轨道动力学模型。分析了敏捷对地观测过程，

6、以多段折线型的条带成像任务为例，开展敏捷机动成像任务的姿态规划工作研究。(2)针对敏捷卫星姿态机动过程的运动特点和约束，对该过程的姿态规划问题进行了深入研究，设计满足多任务序列的姿态机动规划方法。以姿态/控制参数一体化规划为思路，在有限长的姿态调整时间、执行机构能力等约束下，规划出合理的角位置变化律；同时考虑机动角加速度ω不为零导致的挠性振动，将规划轨迹作为敏捷控制系统的输入量，得到相应的优化控制参数。在目前规划姿态轨迹的研究基础上，将任务划分更为细致，考虑了初始与终止姿态角、姿态角速度不为零时的姿态约束，并对设计的规划方法进行了相关的数学仿真。仿真结果表明所提出的轨迹规划方法对挠

7、性振动有一定的抑制效果，利用设计的姿态规划方法可以有效解决三类实际轨迹规划应用问题。(3)针对敏捷卫星机动成像过程姿态运动要求，分析影响成像质量的约束条件，对条带目标的推扫成像姿态规划问题进行了深入研究。考虑机动成像需要敏捷卫星在姿态机动中完成成像任务，较传统成像卫星而言成像过程更为复杂，需同时满足观测时间、观测区域、摄影地速等约束，还需满足姿态精度要求。为保证敏捷成像精度，提出考虑偏流角的敏捷卫星匀地速推扫姿态规划方法。建立优化模型来求解每个条带的观测起始时刻，使得