【摘 要】
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随着航天技术的飞速发展,空间飞行器轨道安全问题正受到越来越多的关注。目前,针对非合作航天器的寻的制导技术已在宇宙环境探索、卫星在轨维护、空间碎片清理以及太空军事对抗等领域得到了广泛应用。然而,由于受到航天器质量、成本以及探测载荷性能等因素的限制,单一寻的飞行器已难以满足日渐复杂的制导任务对于空间非合作目标的探测与拦截需求。为此,本文借鉴分体式航天器功能分离的思想提出一种新型制导方式—分体式制导,其
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随着航天技术的飞速发展,空间飞行器轨道安全问题正受到越来越多的关注。目前,针对非合作航天器的寻的制导技术已在宇宙环境探索、卫星在轨维护、空间碎片清理以及太空军事对抗等领域得到了广泛应用。然而,由于受到航天器质量、成本以及探测载荷性能等因素的限制,单一寻的飞行器已难以满足日渐复杂的制导任务对于空间非合作目标的探测与拦截需求。为此,本文借鉴分体式航天器功能分离的思想提出一种新型制导方式—分体式制导,其利用多个具有不同探测或拦截功能的飞行器,在合适的空间位置进行分离,进而相互配合完成制导任务。与传统的制导方式相比,分体式制导具备改善空间非合作目标探测与拦截性能的优势,但是飞行器功能分离与结构分离的特点也为面向空间非合作目标的探测与拦截方法提出了新的挑战性问题。因此,本文围绕分体式制导场景下的探测载荷配置、分离条件设计以及导引律设计等关键问题,开展了以下几个方面的研究工作:首先,描述了面向空间非合作目标的分体式制导过程;并在运动学分析的基础上建立了分离过程以及拦截过程的相对运动模型,为分体式制导问题的研究奠定了基础。其次,推导了目标运动信息的间接解算方程,给出了适合于空间非合作制导任务的几种可选探测模式;在此基础上分别对分体式制导的目标运动信息解算误差灵敏度以及可达探测构型进行了定量分析;进而根据分析结果提出了一种探测精度分析方法,对不同探测模式的探测性能进行了对比分析。再次,建立了分体式制导分离条件设计的优化问题描述,分析了拦截能力、拦截速度、探测时长等限制下的分离条件约束关系,基于有限时间范数构造了分离条件设计的优化指标,考虑实际分离过程存在偏差的问题,提出了一种分离条件鲁棒优化算法;并且针对组合体存在终端制导以及控制输入约束的问题,提出了一种基于相平面规划的分离点导引方法。然后,基于Fisher信息矩阵分块化推导了不同探测模式的目标运动信息Cramer-Rao下界,建立了探测构型与目标运动信息探测性能之间的影响关系;在此基础上,建立了分体式制导的导引律设计问题描述,提出了一种基于优化Cramer-Rao下界的预测导引律。最后,针对某型空间非合作目标精确交会制导的任务需求,基于轨道运动学定量给出了末段交会速度,分别基于辅助探测模式和双目探测模式对分体式制导的分离条件以及导引方法进行了设计;通过制导仿真对不同探测模式下的探测和制导性能进行了对比分析,说明了本文所提出方法的可行性和有效性。
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