通讯受限下分布式SAR的轨道协同和波束同步控制.pdf

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1、硕士学位论文通讯受限下分布式SAR的轨道协同和波束同步控制RESEARCHONORBITCOORDINATIONANDBEAMSYNCHRONIZATIONCONTROLOFDISTRIBITEDSARUNDERCOMMUNICATIONCONSTRAINTS李凯哈尔滨工业大学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：公开工程硕士学位论文通讯受限下分布式SAR的轨道协同和波束同步控制硕士研究生：李凯导师：刘明教授申请学位：工程硕士学科：航天工程所在单位：航天学院答辩日期：2018年6月授予

2、学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V448.2U.D.C:629.78DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringRESEARCHONORBITCOORDINATIONANDBEAMSYNCHRONIZATIONCONTROLOFDISTRIBITEDSARUNDERCOMMUNICATIONCONSTRAINTSCandidate：LiKaiSupervisor：Prof.LiuMingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineering

3、Speciality：AerospaceEngineeringAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要星载合成孔径雷达（SyntheticApertureRadar,SAR）是当前对地观测的重要手段之一，在小卫星及其编队技术快速发展的背景下，分布式SAR卫星编队系统因其独特的优势和广阔的应用前景得到越来越多的关注。在分布式SAR

4、系统中，编队构型设计、轨道构型维持和波束同步控制是当前研究的主要内容。本文在一定任务背景下，对上述关键问题展开研究。首先介绍了航天器编队的构成机理，并针对地面动目标检测（GMTI）任务设计了两种编队构型。对卫星编队的基本概念、相关坐标系和编队构型参数进行了简要介绍，针对GMTI任务提出了沿航迹编队和空间对称编队两种构型，分别以可测速比和时效比作为性能指标，通过遗传算法优化得到了编队构型参数，并对优化的编队构型进行性能分析，证明了多基线分布式SAR系统的性能优势。然后在考虑星间通讯时延和外界扰动的情况下，设计了一种姿轨耦合的六自由度控制器。通过

5、航天器相对运动的动力学与运动学方程推导出了六自由度的相对运动方程以及关于状态误差的运动方程，接着在存在通讯时延与外界扰动的情况下，提出了一种姿轨耦合的航天器六自由度协同控制方法，并针对此前优化得到的编队构型对姿轨耦合控制方法进行了数值仿真，证明了该控制方法在轨道构型维持和姿态一致性控制方面有着良好的控制效果。最后在考虑通讯时延、外界扰动和模型不确定性的情况下，设计了一种波束同步控制方法。介绍了多普勒导引和波束指向同步两种波束同步方式，并采用主星多普勒导引从星与主星波束指向同步的控制策略，推导了在该控制策略下的航天器期望姿态，然后提出了一种基于

6、逆最优控制的滑模鲁棒控制方法，并在通讯时延、外界扰动和模型不确定性的情况下对该控制方法进行了数值仿真，证明了该控制方法具有较高的波束同步控制精度，同时在燃料消耗上也具有一定的优势。关键词：分布式SAR；GMTI；通讯时延；姿轨耦合；波束同步；鲁棒控制-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractSpacebornesyntheticapertureradar(SAR)isoneofthemostimportantmeansofearthobservation.Withtherapiddevelopmentofsmallsatellite

7、anditsformationtechnology,distributedSARsatelliteformationsystemhasattractedmoreandmoreattentionbecauseofitsuniqueadvantagesandbroadapplicationprospects.IndistributedSARsystem,formationconfigurationdesign,orbitconfigurationmaintenanceandbeamsynchronizationcontrolarethemainc

8、ontentsofthecurrentresearch.Underthebackgroundofcertaintasks,theabovekeyissueswill