【摘要】：微小衛(wèi)星研發(fā)成本低、設(shè)計周期短、功能密度高,構(gòu)成集群協(xié)同執(zhí)行任務(wù)可以實現(xiàn)超越大型平臺的功用,被廣泛應(yīng)用于空間領(lǐng)域。微納衛(wèi)星集群的出現(xiàn)除了很明顯給地面測控帶來壓力外,星群的協(xié)同控制將會是影響星群應(yīng)用的關(guān)鍵問題。星群成員數(shù)量上的大規(guī)�；�,使得對星群協(xié)同控制的智能性、自主性、自適應(yīng)性和魯棒性等方面的提出了更高要求。自然界中普遍存在的生物集群經(jīng)過長期演化其行為已形成最優(yōu),將生物集群行為機(jī)制與衛(wèi)星集群協(xié)同控制結(jié)合,研究仿生微納星群協(xié)同控制,可以實現(xiàn)生物群智理論在衛(wèi)星集群任務(wù)上的應(yīng)用。本論文主要完成了如下工作:首先建立了模擬生物集群自組織有序行為的微納星群運(yùn)動模型。通過對微納星群協(xié)同控制研究方法進(jìn)行梳理,分析了生物集群與航天器集群之間的映射關(guān)系,基于人工勢場法設(shè)計了仿生集群運(yùn)動模型,并結(jié)合航天器集群的典型應(yīng)用場景,仿真分析了星群構(gòu)型對空間任務(wù)效率的影響。其次提出了微納星群在有限空間表面均勻分布的評價模型和實現(xiàn)策略。為了實現(xiàn)集群空間均勻分布,在對比傳統(tǒng)均勻性評價方法優(yōu)缺點的基礎(chǔ)上進(jìn)行均勻性度量模型改進(jìn)融合,結(jié)合任意空間區(qū)域表面邊界約束優(yōu)化了獨占球理論和勢函數(shù)方法,提出了一種改進(jìn)獨占球結(jié)合勢函數(shù)的均勻度度量模型,結(jié)合仿真算例對空間有限區(qū)域表面集群分布均勻性的度量效果進(jìn)行分析,并將集群均勻度度量結(jié)果反饋用于指導(dǎo)均勻分布實現(xiàn),并進(jìn)行仿真驗證。最后完成了仿生微納星群在軌道動力學(xué)下的協(xié)同控制仿真和分析。仿生微納星群的協(xié)同控制必須結(jié)合軌道動力學(xué)才有意義,論文先詳細(xì)分析了二體模型和J_2攝動下集群無控的相對運(yùn)動漂移;鑒于J_2攝動導(dǎo)致的集群發(fā)散問題,對基于脈沖推力的仿生集群進(jìn)行協(xié)同控制仿真,驗證了仿生集群協(xié)同控制方法的有效性,并對從燃料消耗角度對控制方法的可行性進(jìn)行了分析。通過上述三項研究,本論文基本建立了仿生微納衛(wèi)星集群的運(yùn)動模型、均勻分布評價機(jī)制和實現(xiàn)策略,從軌道動力學(xué)的角度對上述方法進(jìn)行了驗證,較為完整的建立了仿生微納星群的協(xié)同控制體系,為星群的工程化應(yīng)用提供了一條思路。
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：V448.2
【圖文】：

圖1.2 A-Traint 示意圖terferometer Space Antenna)是美國航天局和歐空局于 200項目，該計劃用于驗證廣義相對論中預(yù)測的時間波動的存，運(yùn)行軌道為與地球相同的日心軌道，如圖 1.3 所示，L形金鉑合金質(zhì)量塊，保證衛(wèi)星可以在不受干擾影響的情der 在 2015 年底發(fā)射成功[6]

于衛(wèi)星均在當(dāng)?shù)貢r間每天下午 1：30 左右經(jīng)過赤道，故）（如圖 1.2）。圖1.2 A-Traint 示意圖rferometer Space Antenna)是美國航天局和歐空局于 200目，該計劃用于驗證廣義相對論中預(yù)測的時間波動的存運(yùn)行軌道為與地球相同的日心軌道，如圖 1.3 所示，L金鉑合金質(zhì)量塊，保證衛(wèi)星可以在不受干擾影響的情況er 在 2015 年底發(fā)射成功[6]

基于仿生的微納衛(wèi)星集群協(xié)同控制研究4圖1.4 天琴計劃示意圖1.2.1.2 衛(wèi)星集群任務(wù)(1)ANTS 計劃美國國家航空航天局（NASA）受昆蟲社會行為啟發(fā)提出一種探測小行星帶的衛(wèi)星集群系統(tǒng)（ANTS）[8]，如圖 1.5 所示�；鹦桥c木星軌道間空間環(huán)境惡劣，據(jù)估計約存在有 50 萬顆小行星，大衛(wèi)星難以對其進(jìn)行有效探索。ANTS 系統(tǒng)的任務(wù)就是利用價格低廉的皮衛(wèi)星群完成探測，該系統(tǒng)由 1000 顆皮衛(wèi)星組成，通過將群衛(wèi)星系統(tǒng)劃分不同等級，各衛(wèi)星搭載不同載荷，利用群智能技術(shù)，實現(xiàn)信息共享與協(xié)調(diào)工作。系統(tǒng)中設(shè)計有 80%的皮衛(wèi)星是 worker ，它們搭載不同的載荷和儀器用于觀測任務(wù)

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本文編號：2778238