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空间交会对接中远段相对导航仿真验证研究

作　者: 梁刚刚
导　师: 马广程
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 控制科学与工程
关键词: 交会对接 中远段相对导航 相似性原理 地面半物理仿真系统 仿真验证
分类号: V526
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要


空间交会对接(RVD)技术是人类深层开发空间的关键技术,完整的空间交会对接是个非常庞大、复杂的系统,在地面进行仿真验证试验十分必要。导航技术作为交会对接能否成功的关键技术,一般分为远程导引和中远段相对导航,前者在现代航天探索中已经被逐渐掌握并发展成熟,后者的研究相对较少,但中远段相对导航是最终逼近段及对接能否成功的一个重要因素。所以研究空间交会中远段相对导航具有重要的理论和实际意义。本文为设计空间交会中远段相对导航半物理仿真系统而进行了仿真验证研究。首先,由于空间远距离与地面小范围仿真不匹配而给出了相似性理论,从而将空间运动与地面仿真联系起来,并根据地面半物理仿真设备要求,研究了仿真范围,建立了动力学仿真模型;其次,由于地面仿真中激光交会雷达无法接入半物理仿真系统,利用激光测距仪和视觉导航相机的组合来替换,并从激光交会雷达与替换方案之间的功能、精度和实时性等方面进行了理论分析与验证,结果证明了该组合方案的可行性;然后,采用从“天”到“地”的方法,将空间真实运动划分为寻的段和接近段分别研究,推导出两段范围内位姿的速度和加速度等参数,再利用相似性原理将其转化为地面半物理仿真设备的设计参考数据,为后续研究者设计、构建地面半物理仿真系统提供参考依据;最后,分析了地面半物理仿真系统中追踪模拟器、目标模拟器和地面监控系统三部分的组成,并针对中远段相对导航半物理仿真系统设计了仿真实验,为后续半物理仿真系统的试验应用提供了参考依据。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-16
  1.1 课题背景与研究意义  9-11
  1.2 国内外研究现状及分析  11-14
    1.2.1 中远段相对导航  11-12
    1.2.2 地面半物理仿真  12-14
  1.3 本文主要研究内容  14-16
第2章 空间交会相对导航分析  16-26
  2.1 引言  16
  2.2 空间交会相对导航测量系统及技术要求  16-17
  2.3 半物理仿真理论基础  17-19
  2.4 地面半物理仿真缩比比例  19-20
  2.5 相对导航模型  20-25
    2.5.1 坐标系设定  20
    2.5.2 相对导航轨道动力学模型  20-22
    2.5.3 相对导航半物理仿真模型  22-23
    2.5.4 测量系统观测模型  23-25
  2.6 本章小结  25-26
第3章 中远段交会半物理仿真测量系统研究  26-34
  3.1 引言  26
  3.2 半物理仿真测量系统替代方案  26-27
  3.3 半物理仿真测量系统精度分析及仿真  27-32
    3.3.1 半物理仿真测量系统精度分析  28-29
    3.3.2 测量精度仿真分析  29-32
  3.4 实时性仿真分析及方法  32
  3.5 本章小结  32-34
第4章 相对导航半物理仿真平台运动系统分析  34-58
  4.1 引言  34
  4.2 空间交会中远段交会轨道机动分析  34-50
    4.2.1 航天器寻的段最佳轨道机动方案的运动参数分析  35-44
    4.2.2 航天器接近段最佳轨道机动方案运动参数分析  44-50
  4.3 空间交会中远段相对姿态运动分析  50-51
  4.4 相对导航半物理仿真平台运动系统指标分析  51-57
    4.4.1 寻的段相对导航半物理仿真系统运动指标分析  51-54
    4.4.2 接近段相对导航半物理仿真系统运动指标分析  54-55
    4.4.3 相对导航半物理仿真系统平台运动指标  55-57
  4.5 本章小结  57-58
第5章 相对导航半物理仿真平台研究  58-64
  5.1 引言  58
  5.2 地面半物理仿真相对导航系统分析  58-61
    5.2.1 半物理仿真平台运动系统分析  59-61
    5.2.2 半物理仿真测量系统分析  61
    5.2.3 半物理仿真平台监控系统分析  61
  5.3 仿真试验设计  61-63
    5.3.1 中远距离寻的段相对导航半物理仿真实验  62
    5.3.2 中远距离接近段相对导航半物理仿真实验  62-63
  5.4 本章小结  63-64
结论  64-65
参考文献  65-69
致谢  69

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中图分类: > 航空、航天 > 航天（宇宙航行） > 航天术 > 对接技术
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