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作者:
袁利,王淑一,雷拥军
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出版社:
中国科技出版传媒股份有限公司
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ISBN:
9787030698384
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出版时间:
2020-02
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装帧:
精装
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开本:
16开
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作者:
袁利,王淑一,雷拥军
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出版社:
中国科技出版传媒股份有限公司
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ISBN:
9787030698384
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出版时间:
2020-02
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￥160.00
品相
全新
上书时间2024-01-08
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作者简介
目录
目录第1章 绪论 11.1 敏捷航天器的研制发展 11.2 航天器敏捷控制技术的现状与发展 51.2.1 敏捷机动姿态路径规划研究 51.2.2 敏捷机动控制研究 71.3 航天器稳健控制技术的发展 81.3.1 航天器敏捷稳健技术背景 81.3.2 航天器稳健控制技术发展历程 91.3.3 航天器稳健控制技术研究现状 101.3.4 航天器稳健控制技术应用 12参考文献 15第2章 姿态路径规划方法 182.1 概述 182.2 坐标系介绍 192.3 姿态重定向的路径规划 192.3.1 路径规划方法 192.3.2 适用于姿态重定向的基准重置方法 352.3.3 仿真实例 372.4 多边界约束的路径规划 462.4.1 路径规划问题描述 462.4.2 方法实现 472.4.3 仿真实例 512.5 动目标跟踪的路径规划 522.5.1 星体跟踪动目标的路径规划 522.5.2 面向像移补偿的动目标路径规划 56参考文献 62第3章 控制力矩陀螺构型及操纵律设计 633.1 概述 633.2 单框架控制力矩陀螺精确模型 633.2.1 低速框架动力学模型 643.2.2 低速框架迟滞时延特性模型 693.2.3 高速转子扰动模型 713.2.4 模型校验 753.3 控制力矩陀螺构型设计 803.3.1 角动量包络及奇异特性分析 803.3.2 标称框架角设计 833.3.3 构型分析 843.4 控制力矩陀螺操纵律设计 893.4.1 剪刀型控制力矩陀螺操纵律 903.4.2 基于零运动奇异规避操纵方法 933.4.3 指令力矩螺旋式搜索的操纵方法 983.4.4 指令力矩调节及动态分配操纵方法 1033.4.5 变速控制力矩陀螺操纵律设计 109参考文献 115第4章 敏捷航天器姿态机动控制方法与应用 1174.1 概述 1174.2 面向敏捷成像任务的姿态机动控制实现 1174.2.1 面向被动推扫的姿态重定向控制 1184.2.2 面向主动推扫的动中成像姿态控制 1254.3 敏捷航天器姿态机动控制方法 1314.3.1 挠性附件的模态参数辨识 1314.3.2 基于CMG力矩矢量调节的姿态机动控制 1364.3.3 基于挠性模态实时测量信息的姿态协调控制 1464.4 姿态机动与附件指向的复合控制方法 1514.4.1 附件敏捷指向规划 1514.4.2 运动补偿与力矩补偿 1624.5 面向航天器敏捷机动的陀螺误差标校与系统时延补偿 1754.5.1 陀螺的全误差标定 1754.5.2 系统时延补偿 181参考文献 187第5章 敏捷航天器稳健设计的故障定位方法 1895.1 概述 1895.2 稳健设计的故障定位框架体系 1895.3 部件独立故障定位方法 1915.3.1 基于专家知识的故障定位方法 1915.3.2 基于模型知识的故障定位方法 2005.3.3 基于数据的故障定位方法 2055.4 同类部件故障定位方法 2095.4.1 基于平衡方程等价性的陀螺组件故障定位方法 2095.4.2 基于奇偶空间的CMG组件故障定位方法 2145.5 不同类部件故障定位方法 2195.5.1 基于运动学模型的故障定位方法 2195.5.2 基于动力学模型的故障定位方法 2345.6 系统级故障检测方法 2385.7 故障定位结果融合方法 239参考文献 240第6章 敏捷航天器稳健设计的安全性策略及控制方法 2426.1 概述 2426.2 稳健系统的安全性设计策略 2426.2.1 安全模式的总体设计 2436.2.2 全姿态捕获的逻辑设计 2456.2.3 全姿态捕获的控制设计 2466.3 系统欠配置下的姿态控制方法 2486.3.1 无角速度测量的自旋状态确定 2496.3.2 无角速度测量的太阳搜索及对日定向控制 2586.3.3 无角速度测量的异常姿态转正常的控制方法 2636.3.4 控制力矩陀螺欠配置的三轴姿态稳定控制 2726.3.5 推力器欠配置的三轴角速度控制 279参考文献 286
内容摘要
第1章 绪论 1.1 敏捷航天器的研制发展 顾名思义，能够在较短时间内实现姿态大角度快速机动的航天器称为敏捷航天器（agile spacecraft）［1］。敏捷航天器能够根据任务要求快速改变姿态指向，实现对目标的快速、灵活探测，从而在单轨道周期内完成多点目标成像、立体成像、条带拼接成像和主动推扫成像等遥感任务。从另外一个角度来看，基于航天器的敏捷控制能力，可显著扩展航天器作为在轨操控平台的服务能力和效率，为空间攻防中的快速攻击和快速闪避提供保证。 敏捷航天器的相关技术研究在世界各国高分辨率对地观测商业卫星的应用发展中备受关注［2］。美国*早的伊科诺斯（Ikonos）及其之后的快鸟（QuickBird）、地球之眼1号（GeoEye1）、世界观测1号（WorldView-1）和世界观测2号（WorldView-2）等对地观测卫星均在一定程度上实现了姿态快速机动功能；法国的昴宿星（Pleiades）及印度的制图2号卫星（Cartosat2）也同样具备作为敏捷航天器的姿态快速机动能力［3］。 *具代表性的敏捷航天器包括美国的WorldView系列、GeoEye系列、法国的Pleiades系列等。由于具有敏捷姿态机动能力，这些卫星不仅能够沿轨道前进方向进行前视和后视成像，一次过境即可对星下点轨迹附近的区域目标进行多方位扫描，经过数据处理能够得到无明显时间差的立体图像；而且通过敏捷姿态机动，能够以一定角度进行左右侧视或侧摆成像，从而获得所需的非星下点目标的影像数据，极大地提高了卫星的观测范围和工作效率。 WorldView系列是美国DigitalGlobe公司研制的新一代商业对地观测卫星系统［4］，是全球第一批使用了控制力矩陀螺（control moment gyroscope，CMG）的商业卫星。WorldView1（图1-1）［5］发射于2007年，运行于高度496km、倾角98°、周期93.4min的太阳同步轨道上，平均重访周期为1.7天，星载大容量全色成像系统每天能够拍摄多达50万平方公里、0.5m分辨率的图像。卫星以重2.5t、高3.6m、宽2.5m、太阳电池帆板展开后总跨度7.1m的质量和结构特性，能够实现偏离天底方向±45°范围机动，机动的角加速度可达2.29（°）/s2，机动角速度可达4.45（°）/s，侧摆机动300km（约35°）仅需9s时间，在其发射后的很长一段时间内被认为是全球分辨率*高、响应速度*快的商业遥感卫星，具备高精度的地理定位能力和极为迅速的任务响应能力，能够快速瞄准要拍摄的目标，并有效地进行同轨立体成像。WorldView2（图12）于2009年10月6日发射入轨，运行于770km高度的太阳同步轨道，能够提供0.5m全色图像和1.8m分辨率的多光谱图像，能够更快速和更准确地从一个目标转向另一个目标，同时也能进行多个点目标的拍摄。 图1-1 WorldView-1 图1-2 WorldView-2 WorldView-3（图13）［6］于2014年8月成功发射，作为美国DigitalGlobe公司的第四代商业光学卫星，是第一颗具有多载荷、超高光谱、高分辨率的商业卫星，是全球首颗0.3m分辨率的遥感卫星，能够在更短的时间内获取影像数据，平均回访周期不到1天，同时每天的采集数据量也非常惊人，采集范围高达68万平方公里。WorldView4（图14）［7］于2016年11月发射，与WorldView-3卫星组成星座，WorldView-4相比于WorldView3，能够更快速地从一个目标移动到另一个目标，并且能够存储更大量的数据。 图1-3 WorldView-3 图1-4 WorldView-4 Pleiades卫星（图15）是法国继SPOT系列之后的新一代商业遥感卫星，重量1t，轨道高度694km，轨道周期98.64min。与SPOT系列卫星不同的是，Pleiades卫星通过卫星绕三轴同时机动，实现对多个目标更为灵活的观测，除了具有侧视成像能力以外，还可以在很短的时间内调整观测角度，对点目标成像，也可以沿飞行轨迹前视和后视成像，生成近似同时的立体像对。 图1-5 Pleiades卫星 对敏捷航天器的控制研究在中国同样备受关注。2006年2月9日，中国颁发了《国家中长期科学和技术发展规划纲要（2006—2020年）》，高分辨率对地观测系统同载人航天与探月工程、北斗导航系统等一并作为16个重大专项之一。从2010年5月正式获准实施，2012年进入全面建设阶段，目标是在2020年左右建成“三高”——高时间分辨率、高空间分辨率、高光谱分辨率的对地观测系统，具有时空协调、全天候、全天时、观测范围全球覆盖的稳定运行系统。该项目的发布和实施无疑对推动敏捷航天器的研究及应用提供了良好的契机。
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