基于Lambert问题的J2摄动空间交会策略

发布时间：2017-07-30 05:21

  本文关键词：基于Lambert问题的J2摄动空间交会策略

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【摘要】：随着科学技术和社会经济发展,空间技术越来越体现着巨大的社会经济价值。从空间获取信息、材料和能源是航天技术发展的长远目标。科学探测卫星、通信卫星等进行通信和侦测的任务作业,也密切依托空间技术。航天器在空间轨道上飞行时,始终受着空间环境中的各种摄动力作用。主要的摄动力是地球形状非球形和质量不均匀产生的附加引力,使航天器的运动偏离二体模型轨道。找到有效的算法来补偿摄动,保证航天器快速准确的到达交会点,是本文研究的重点。本文首先介绍了关于轨道转移问题的国内外研究进展和一些经典的算法。建立航天器的二体动力学模型,论述航天器在轨运行时受到的摄动,并重点针对J2摄动,建立J2摄动模型。研究了Lambert定理,以及定理中的相关方程和各个变量间的关系。其次介绍了Lambert问题的定义,论述了Lambert问题的基本性质,包括转移轨道类型和转移圈数问题,介绍了几个转移轨道参数之间的关系。拉格朗日时间转移方程也是Lambert问题的一个重要因素。Lambert问题的这些性质和特点是设计补偿算法的基础。最后介绍了2J摄动的补偿。在2J摄动的持续作用下,转移轨道往往会偏离目标轨道。阐述了2J摄动的具体原因和模型,推导出状态转移矩阵,利用转移矩阵推导出速度增量,推力由脉冲发动机提供。设计2J摄动补偿算法。并通过软件和硬件仿真,验证补偿算法的效果。
【关键词】：黄金分割法 Lambert问题 J2摄动 状态转移矩阵
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V412.4
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 第1章 绪论9-15
• 1.1 研究目的及意义9-11
• 1.2 国内外研究现状及分析11-13
• 1.2.1 Lambert问题11-12
• 1.2.2 摄动补偿问题12-13
• 1.3 本文主要研究内容及章节安排13-15
• 第2章 轨道模型的建立15-24
• 2.1 引言15
• 2.2 坐标系及时间系统15-18
• 2.2.1 天球与黄道面15-16
• 2.2.2 坐标系建立16-17
• 2.2.3 坐标体系17-18
• 2.3 轨道要素与方程18-23
• 2.3.1 轨道要素及求解18-20
• 2.3.2 位置速度向量转换关系20-21
• 2.3.3 开普勒方程21-22
• 2.3.4 两体问题22-23
• 2.4 本章小结23-24
• 第3章 两体模型转移轨道求解24-46
• 3.1 Lambert问题24-27
• 3.1.1 Lambert问题定义24-25
• 3.1.2 Lambert定理25
• 3.1.3 转移轨道类型25-27
• 3.2 拉格朗日时间转移方程27-32
• 3.2.1 时间转移方程27
• 3.2.2 时间方程参数的几何解释27-28
• 3.2.3 方程角度象限确定28-30
• 3.2.4 由转移时间求轨道方程30-32
• 3.3 机动速度增量研究32-34
• 3.3.1 转移轨道速度与半长轴32-33
• 3.3.2 转移轨道速度与转移时间33-34
• 3.4 Lambert问题求解算法34-37
• 3.5 黄金分割法37-40
• 3.5.1 黄金分割法基本原理37-38
• 3.5.2 黄金分割法的计算步骤38-40
• 3.6 最小速度增量搜索算法仿真算例40-45
• 3.6.1 航天器轨道转移过程40-41
• 3.6.2 仿真结果及分析41-45
• 3.7 本章小结45-46
• 第4章 带J2摄动补偿的Lambert制导算法46-61
• 4.1 J2摄动的产生及影响46-47
• 4.1.1 J2摄动的产生及影响46
• 4.1.2 J2摄动模型46-47
• 4.2 J2摄动的补偿方法47-50
• 4.2.1 补偿算法一47-48
• 4.2.2 补偿算法一计算步骤48-50
• 4.2.3 补偿算法二50
• 4.3 状态转移矩阵的求解50-57
• 4.3.1 状态转移矩阵求解方法一50-53
• 4.3.2 状态转移矩阵求解方法二53-57
• 4.4 摄动补偿算法仿真算例57-60
• 4.4.1 补偿算法一仿真结果分析57-58
• 4.4.2 补偿算法二仿真结果分析58-60
• 4.5 本章小结60-61
• 第5章 Lambert制导算法实时性仿真61-68
• 5.1 仿真环境61-63
• 5.1.1 硬件环境61-62
• 5.1.2 软件环境62-63
• 5.2 仿真系统配置63-66
• 5.2.1 硬件配置63-64
• 5.2.2 软件配置64-66
• 5.3 仿真结果66-67
• 5.3.1 最小速度增量搜索算法实时性仿真结果66-67
• 5.3.2 摄动补偿算法实时性仿真结果67
• 5.4 本章小结67-68
• 结论68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73

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本文编号：592703