分离式航天器高精度导航与控制方法研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文分离式航天器高精度导航与控制方法研究博士研究生：郝勇指导教师：赵琳教授学科、专业：导航、制导与控制哈尔滨工程大学2016年5月万方数据万方数据分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文分离式航天器高精度导航与控制方法研究博士研究生：郝勇指导教师：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：论文答辩日期：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:ADissertationforth

2、eDegreeofD.EngResearchonHighAccuracyNavigationandControlMethodofFractionatedSpacecraftCandidate:HaoYongSupervisor:Prof.ZhaoLinAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:Navigation,GuidanceandControlDateofSubmission:DateofOralExamination:University:

3、HarbinEngineeringUniversity万方数据万方数据哈尔滨工程大学学位论文原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

4、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）

5、：导师（签字）：日期：年月日年月日万方数据万方数据分离式航天器高精度导航与控制方法研究摘要分离式航天器因其独特的技术优势和广阔的应用前景受到越来越多的关注，是今后复杂大规模航天器发展的重要方向，将会给航天器应用带来巨大的变革。针对分离式航天器进行动力学、运动学模型建立以及相关导航控制系统进行研究是当前分离式航天器研究的重点，在相关技术研究中涉及到姿态动力学、轨道动力学的模型建立和控制、组合导航、执行机构和敏感器、计算和数据处理等多个领域。本文从航天器动力学、导航和控制系统的角度，对分离式航天器的组合导航和协同控制

6、方法进行了系统的研究。主要包括以下几个部分：首先，针对分离式航天器轨道和姿态动力学建模问题，根据航天器运行特性建立了分离式航天器轨道动力学和姿态动力学方程。分析了分离式航天器在轨运动特性，以航天器单体模型为基础，进行了分离式航天器子功能模块的相对动力学建模。其次，针对分离式航天器的导航问题进行了深入的研究，分别基于不同敏感器组合设计了分离式航天器位置测量的组合导航算法。考虑到分离式航天器各个子模块之间是通过相互通讯组成拓扑结构的特点，分析了各个子模块之间的信息传递关系，针对分离式航天器设计了基于多敏感器多航天器单

7、元协同定位算法。并对所设计的导航算法进行数值仿真分析，仿真结果表明，所设计的组合导航算法可以大幅度提高卫星导航精度，满足卫星复杂任务的要求。再次，针对分离式航天器本体上装配的星敏感器进行研究，提出了基于星敏感器的多信息融合的分离式航天器姿态确定算法，并分析星敏感器工作特点，设计了星图识别流程。针对现有的星图识别技术过于依赖可观测星数目和抗干扰性差的问题，提出了新的星点特征提取方法；研究了利用“星敏+陀螺”的多信息融合定姿方法，建立星敏感器和陀螺仪的量测模型，提出了AIEKF算法以解决非线性近似产生的误差问题；最后

8、研究了不同空间环境下星敏可见性的计算方法，分析了星敏可见性对其定姿精度的影响，提出了适用于星敏不可见条件下的姿态测量方案。仿真结果验证了星图快速识别算法的有效性和较强的抗干扰性能，以及改进的姿态滤波算法的有效性。考虑到分离式航天器编队构型调整、构型保持过程中需要进行航天器的姿态跟踪，针对分离式航天器的相关动力学模型存在模型的不确定性，并考虑到跟踪控制的特性，研究积分在控制