留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

编队卫星法向机动的切向耦合效应补偿方法

王有亮 李明涛 郑建华 周敬

王有亮, 李明涛, 郑建华, 等 . 编队卫星法向机动的切向耦合效应补偿方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(6): 1165-1172. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0437
引用本文: 王有亮, 李明涛, 郑建华, 等 . 编队卫星法向机动的切向耦合效应补偿方法[J]. 北京航空航天大学学报, 2017, 43(6): 1165-1172. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0437
WANG Youliang, LI Mingtao, ZHENG Jianhua, et al. Compensation method of in-track coupling effect of cross-track maneuver for formation-flying satellites[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(6): 1165-1172. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0437(in Chinese)
Citation: WANG Youliang, LI Mingtao, ZHENG Jianhua, et al. Compensation method of in-track coupling effect of cross-track maneuver for formation-flying satellites[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2017, 43(6): 1165-1172. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0437(in Chinese)

编队卫星法向机动的切向耦合效应补偿方法

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2016.0437
详细信息
    作者简介:

    王有亮, 男, 博士研究生。主要研究方向:航天器编队动力学、控制与仿真

    李明涛, 男, 博士, 研究员。主要研究方向:航天器动力学、控制与仿真

    郑建华, 女, 博士, 研究员, 博士生导师。主要研究方向:飞行器动力学、控制与仿真

    通讯作者:

    李明涛, E-mail:limingtao@nssc.ac.cn

  • 中图分类号: V412.41

Compensation method of in-track coupling effect of cross-track maneuver for formation-flying satellites

More Information
  • 摘要:

    空间四面体构型在空间物理场三维立体协同探测任务中具有重要应用价值。为了保证空间四面体良好的探测性能,必须对空间四面体构型进行构型维持控制。但是,在法向控制中,法向机动的切向耦合效应会导致编队构型发生切向漂移,使得空间四面体几何特性变差,从而影响编队卫星的探测性能。针对编队飞行任务,通过解析的补偿方法消除法向机动时由于耦合效应造成的构型切向漂移,从而实现J2摄动下精确的构型初始化重构和构型保持控制。仿真表明,该方法简单有效,能够有效消除J2摄动下的法向机动引起的构型切向漂移,实现更精确的构型控制。

     

  • 图 1  LVLH坐标系示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of LVLH coordinate system

    图 2  法向有限推力作用时卫星轨道半长轴和倾角变化量随时间的变化

    Figure 2.  Variation of orbital semi-major axis and inclination with time for satellite with cross-track finite thrust

    图 3  法向脉冲推力作用时卫星轨道半长轴和倾角变化量随时间的变化

    Figure 3.  Variation of orbital semi-major axis and inclination with time for satellite with cross-track impulsive thrust

    图 4  固定方向推力作用时轨道半长轴和倾角变化量随时间的变化

    Figure 4.  Variation of orbital semi-major axis and inclination with time for satellite with fixed direction thrust

    图 5  卫星编队四面体构型示意图

    Figure 5.  Schematic diagram of tetrahedron formation of satellites

    图 6  法向距离随时间的变化

    Figure 6.  Variation of cross-track range with time

    图 7  切向补偿对切向距离变化的影响

    Figure 7.  Influence of in-track compensation on in-track range

    图 8  切向补偿的速度增量大小和法向机动的速度增量大小的关系

    Figure 8.  Relationship between velocity increments of in-track compensation over and cross-track maneuver

  • [1] ALFRIEND K T, VADALI S R, GURFIL P.Spacecraft formation flying:Dynamics, control and navigation[M].New York:Oxford University Press, 2010:6-7.
    [2] 曹喜滨, 张锦绣, 王峰.航天器编队动力学与控制[M].北京:国防工业出版社, 2013:1-4.

    CAO X B, ZHANG J X, WANG F.The dynamics and control of spacecraft formation flying[M].Beijing:National Defense Industry Press, 2013:1-4(in Chinese).
    [3] 杨震, 孟新, 牛文龙, 等.多航天器协同探测星簇构型探测效能的评价方法[J].宇航学报, 2015, 36(9):981-987. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YHXB201509001.htm

    YANG Z, MENG X, NIU W L, et al.An evaluation method for multi-spacecraft formation detection efficiency[J].Journal of Astronautics, 2015, 36(9):981-987(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-YHXB201509001.htm
    [4] CAILLIBOT E P, GRANT C C, KEKEZ D D, et al.Formation flying demonstration missions enabled by CanX nanosatellite[C]//Proceeding of 19th Annual AIAA/USU Conference on Small Satellite.Reston:AIAA, 2005:1-9.
    [5] GILL E, SUNDARAMOORTHY P, BOUWMEESTER J, et al.Formation flying within a constellation of nano-satellite:The QB50 mission[J].Acta Astronautica, 2013, 82(1):110-117. doi: 10.1016/j.actaastro.2012.04.029
    [6] HALL L. Edison demonstration of smallsat networks (EDSN)[EB/OL].Moffett Field, CA:NASA Ames Research Center, 2013(2015-11-25)[2016-05-21].http://www.nasa.gov/directorates/spacetech/small_spacecraft/edsn.html.
    [7] 杨乐平, 朱彦伟, 黄涣.航天器相对运动轨迹规划与控制[M].北京:北京国防工业出版社, 2010:104-107.

    YANG L P, ZHU Y W, HUANG H.Spacecraft relative trajectory planning and control[M].Beijing:National Defense Industry Press, 2010:104-107(in Chinese).
    [8] SCHAUB H, ALFRIEND K T.J2 invariant relative orbits for spacecraft formations[J].Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy, 2001, 79(2):77-95. doi: 10.1023/A:1011161811472
    [9] 刘鲁华, 孟云鹤, 安雪滢.航天器相对运动轨道动力学与控制[M].北京:中国宇航出版社, 2013:93-94.

    LIU L H, MENG Y H, AN X Y.The dynamics and control of spacecraft relative motion[M].Beijing:China Astronautic Publishing House, 2013:93-94(in Chinese).
    [10] BREGER L, HOW J P.J2-modified GVE-based MPC for formation flying spacecraft[C]//AIAA Guidance, Navigation and Control Conference and Exhibit.Reston:AIAA, 2005:1-12.
    [11] VADALI S R, ALFRIEND K T, VADALI S R, et al.Formation establishment and reconfiguration using impulsive control[J].Journal of Guidance, Control, and Dynamics, 2005, 28(2):262-268. doi: 10.2514/1.6687
    [12] CLOHESSY W H, WILTSHIRE R S.Terminal guidance system for satellite rendezvous[J].Journal of the Aerospace Sciences, 1960, 27(5):653-674. https://www.researchgate.net/publication/267480725_Investigation_of_a_terminal_guidance_system_for_a_satellite_rendezvous
    [13] LAWDON D F.Optimal trajectories for space navigation[M].London:Butterworths, 1963:79-84.
    [14] 张玉锟, 戴金海.考虑J2项摄动的卫星编队飞行[J].国防科技大学学报, 2002, 24(2):6-10. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GFKJ200202001.htm

    ZHANG Y K, DAI J H.Satellite formation flying with J2 perturbation[J].Journal of National University of Defense Technology, 2002, 24(2):6-10(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-GFKJ200202001.htm
    [15] 雷博持, 郑建华, 李明涛.椭圆轨道编队构型的初始化控制研究[J].空间科学学报, 2015, 35(1):86-93. http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KJKB201501011.htm

    LEI B C, ZHENG J H, LI M T.Research on formation initialization control for elliptic reference orbit[J].Chinese Journal of Space Science, 2015, 35(1):86-93(in Chinese). http://www.cnki.com.cn/Article/CJFDTOTAL-KJKB201501011.htm
  • 加载中
图(8)
计量
  • 文章访问数:  663
  • HTML全文浏览量:  90
  • PDF下载量:  457
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2016-05-23
  • 录用日期:  2016-07-15
  • 网络出版日期:  2017-06-20

目录

    /

    返回文章
    返回
    常见问答