交会对接寻的段飞行方案研究

论文摘要

交会对接技术是空间补给、空间组装及空间救援等任务的核心支撑技术,也是我国载人航天工程第二步战略的关键技术。寻的段作为交会对接中的一个重要的阶段,它的成功与否对整个交会对接有着至关重要的影响,因此对寻的段的研究具有重要的意义。本文对寻的段的动力学模型、偏差影响和故障对策进行了深入的分析与研究,并建立了寻的段的仿真系统。全文的主要工作包括以下几个方面:（1）对基于二阶非线性相对运动方程的寻的段交会制导算法进行了研究。首先分析了传统C-W制导算法中的各项误差,发现线性化产生的误差最大,然后推导了考虑二阶非线性项的相对运动方程,并给出了非线性修正制导算法。仿真结果表明,该修正制导算法使寻的段的终端精度有了很大的提高。（2）对考虑各种偏差影响的寻的段飞行方案进行了研究。首先介绍了偏差分析的两种方法,即协方差分析法和Monte Carlo打靶法;然后分析了寻的段两个典型的误差因素——导航偏差和控制偏差,最后利用Monte Carlo打靶法对寻的段的几种典型正常飞行方案进行了分析,确定了最佳飞行方案。（3）对寻的段的机动故障问题进行了研究,给出了变轨脉冲故障和变轨姿态故障存在时的初步对策。基于C-W制导算法和高精度的轨道模型仿真分析了各种故障,并根据约束条件给出了故障对策的边界条件。仿真结果表明,所提出的故障对策能很好的应对寻的段的各种机动故障。（4）编写了交会对接寻的段轨道控制仿真系统。首先根据面向对象的程序设计思想,利用统一建模语言UML对交会对接寻的段轨道控制仿真系统进行了分析与设计,然后采用C++语言在VC++6.0集成开发环境下对仿真系统进行了开发,最后利用系统进行的仿真试验验证了该仿真系统的合理性和正确性。本文对寻的段的相关问题进行了较深入的分析与研究,相关结论希望能对我国将来空间交会对接任务的实施提供一些启发和有益的参考。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 空间交会对接背景简介
• 1.2 交会对接寻的段的关键技术及研究现状
• 1.2.1 寻的段轨道动力学模型与控制
• 1.2.2 寻的段偏差分析
• 1.2.3 寻的段故障对策
• 1.3 自主寻的控制的发展趋势
• 1.4 本文研究的主要内容
• 第二章 近程段交会动力学基础
• 2.1 引言
• 2.2 坐标系定义
• 2.3 线性相对运动方程的推导及其求解
• 2.3.1 相对运动方程的推导
• 2.3.2 线性相对运动方程的求解
• 2.4 小结
• 第三章 考虑二阶非线性项修正的飞行方案研究
• 3.1 引言
• 3.2 寻的段的各种精度影响因素分析
• 3.2.1 C-W 制导误差因素分析
• 3.2.2 轨道模型预报法
• 3.3 非线性相对运动方程的求解
• 3.4 基于二阶非线性相对运动方程的制导算法研究
• 3.4.1 制导律的制定
• 3.4.2 仿真算例
• 3.5 小结
• 第四章 偏差情况下的飞行方案研究
• 4.1 引言
• 4.2 偏差分析的理论基础
• 4.2.1 协方差分析法
• 4.2.2 Monte Carlo 打靶法
• 4.3 寻的段典型误差的敏感度分析
• 4.3.1 导航误差引起的瞄准点误差
• 4.3.2 控制误差引起的瞄准点误差
• 4.4 正常飞行方案综合误差仿真分析
• 4.4.1 正常飞行方案分类
• 4.4.2 寻的段典型误差模型
• 4.4.3 正常飞行方案的比较与分析
• 4.5 小结
• 第五章 故障情况下的飞行方案研究
• 5.1 引言
• 5.2 寻的段故障分类及其约束条件
• 5.3 寻的段标称方案设计
• 5.4 机动故障诊断及对策
• 5.4.1 机动故障诊断方法
• 5.4.2 机动故障对策
• 5.5 仿真算例
• 5.6 小结
• 第六章 寻的段仿真软件的设计与开发
• 6.1 引言
• 6.2 仿真软件的分析与设计
• 6.2.1 仿真软件的分析
• 6.2.2 仿真软件的设计
• 6.3 仿真软件的实现
• 6.4 小结
• 第七章 结论与展望
• 7.1 结论
• 7.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者在学期间取得的学术成果
• 附录 A
• 附录 B
• 附录 C