空間非合作目標(biāo)安全接近控制技術(shù)

目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 空間非合作目標(biāo)的概念與特征/1
1.2 安全接近問題的內(nèi)涵與特點(diǎn)/2
1.2.1 安全接近問題的內(nèi)涵與描述/2
1.2.2 空間非合作目標(biāo)安全接近的特點(diǎn)/5
1.3 國(guó)內(nèi)外安全接近任務(wù)研究概況/7
1.3.1 交會(huì)對(duì)接類任務(wù)/7
1.3.2 空間碎片抓捕類任務(wù)/9
1.3.3 在軌維護(hù)類任務(wù)/11
1.3.4 總結(jié)評(píng)述/13
1.4 國(guó)內(nèi)外相關(guān)理論研究進(jìn)展/14
1.4.1 航天器相對(duì)運(yùn)動(dòng)建模方法研究進(jìn)展/14
1.4.2 航天器控制理論與方法研究進(jìn)展/16
1.4.3 航天器復(fù)雜外形重構(gòu)研究進(jìn)展/17
1.4.4 航天器安全接近控制方法研究進(jìn)展/18
1.4.5 航天器近距離安全區(qū)與可達(dá)理論發(fā)展現(xiàn)狀/20
1.4.6 航天器不確定性分析研究進(jìn)展/21
1.4.7 非合作目標(biāo)地面實(shí)驗(yàn)研究進(jìn)展/22
1.5 本書主要內(nèi)容/23
參考文獻(xiàn)/24
第2章 航天器近距離相對(duì)運(yùn)動(dòng)建模方法 33
2.1 軌道相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型/34
2.1.1 坐標(biāo)系定義和轉(zhuǎn)換/34
2.1.2 LVLH坐標(biāo)系下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型/37
2.1.3 目標(biāo)體坐標(biāo)系下的相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型/39
2.2 姿態(tài)相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型/40
2.2.1 單剛體轉(zhuǎn)動(dòng)動(dòng)力學(xué)/40
2.2.2 歐拉角表示的相對(duì)姿態(tài)動(dòng)力學(xué)/41
2.2.3 姿態(tài)動(dòng)力學(xué)模型線性化誤差分析/41
2.3 姿軌耦合相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型/43
2.3.1 對(duì)偶四元數(shù)及一般運(yùn)動(dòng)描述/44
2.3.2 基于對(duì)偶四元數(shù)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)模型/46
2.3.3 與傳統(tǒng)相對(duì)運(yùn)動(dòng)方程比較/47
2.3.4 姿軌耦合特性分析/49
2.4 本章小結(jié)/50
參考文獻(xiàn)/50
第3章 非合作目標(biāo)近距離姿軌跟蹤控制 52
3.1 空間非合作目標(biāo)翻滾運(yùn)動(dòng)描述/53
3.1.1 空間非合作目標(biāo)翻滾運(yùn)動(dòng)建模/53
3.1.2 空間非合作目標(biāo)翻滾運(yùn)動(dòng)仿真/55
3.2 基于狀態(tài)相關(guān)黎卡提方程的姿軌聯(lián)合控制/57
3.2.1 問題描述/58
3.2.2 期望輸入法和折減指標(biāo)法設(shè)計(jì)/60
3.2.3 基于狀態(tài)相關(guān)黎卡提方程的跟蹤控制仿真/65
3.3 基于模型預(yù)測(cè)控制算法的姿軌聯(lián)合控制/69
3.3.1 模型預(yù)測(cè)控制理論/69
3.3.2 顯式模型預(yù)測(cè)控制器設(shè)計(jì)/71
3.3.3 基于顯式模型預(yù)測(cè)控制的全局離線姿軌跟蹤/73
3.4 基于非奇異終端滑?？刂扑惴ǖ淖塑夞詈峡刂?75
3.4.1 非線性控制理論介紹/75
3.4.2 非奇異終端滑?？刂破髟O(shè)計(jì)/77
3.4.3 基于非奇異終端滑模的姿軌耦合控制仿真/86
3.5 本章小結(jié)/92
參考文獻(xiàn)/93
第4章 空間非合作目標(biāo)外形表征方法 95
4.1 *小體積包絡(luò)法/96
4.1.1 球形/多面體包絡(luò)法/96
4.1.2 超二次曲面包絡(luò)/97
4.1.3 其他表征方法/98
4.2 空間距離估計(jì)方法/98
4.2.1 空間位置關(guān)系/98
4.2.2 距離估計(jì)模型/99
4.2.3 橢球形距離估計(jì)方法與仿真分析/105
4.3 GMM采樣重構(gòu)法/113
4.3.1 GMM采樣重構(gòu)法發(fā)展現(xiàn)狀/113
4.3.2 GMM采樣重構(gòu)法求解方法/114
4.3.3 GMM重構(gòu)外形仿真/116
4.4 本章小結(jié)/117
參考文獻(xiàn)/118
第5章 非合作目標(biāo)安全接近的勢(shì)函數(shù)控制方法 121
5.1 勢(shì)函數(shù)方法的基本原理/122
5.1.1 勢(shì)場(chǎng)描述/122
5.1.2 典型勢(shì)函數(shù)/122
5.2 基于Sigmoid勢(shì)函數(shù)的避障控制/126
5.2.1 Sigmoid勢(shì)函數(shù)數(shù)學(xué)模型/126
5.2.2 橢球形障礙物避障控制律設(shè)計(jì)/129
5.2.3 長(zhǎng)方體障礙物避障控制律設(shè)計(jì)/134
5.3 基于復(fù)合勢(shì)函數(shù)的六自由度安全接近控制方法/143
5.3.1 考慮目標(biāo)旋轉(zhuǎn)時(shí)的勢(shì)函數(shù)建立/144
5.3.2 六自由度復(fù)合控制器設(shè)計(jì)/147
5.3.3 仿真分析/152
5.4 本章小結(jié)/165
參考文獻(xiàn)/165
第6章 復(fù)雜外形非合作目標(biāo)安全接近控制方法 167
6.1 目標(biāo)復(fù)雜外形的約束建模/168
6.1.1 目標(biāo)姿態(tài)靜止的復(fù)雜外形約束建模/168
6.1.2 目標(biāo)姿態(tài)翻滾的復(fù)雜外形約束建模/171
6.2 靜止復(fù)雜外形目標(biāo)的有限時(shí)間控制方法/176
6.2.1 非奇異積分雙環(huán)滑模控制器設(shè)計(jì)/177
6.2.2 穩(wěn)定性分析/179
6.2.3 仿真分析/179
6.3 旋轉(zhuǎn)復(fù)雜外形目標(biāo)的固定時(shí)間控制方法/183
6.3.1 固定時(shí)間控制器設(shè)計(jì)/183
6.3.2 穩(wěn)定性分析/185
6.3.3 仿真分析/186
6.4 本章小結(jié)/191
參考文獻(xiàn)/191
第7章 復(fù)雜外形雙航天器安全接近控制方法 193
7.1 雙復(fù)雜外形約束與相對(duì)姿態(tài)約束融合的避撞約束構(gòu)建方法/195
7.1.1 臨界安全曲線理論/195
7.1.2 臨界安全曲線仿真分析/203
7.2 雙復(fù)雜外形約束下的軌跡規(guī)劃方法/205
7.2.1 基于改進(jìn)水流法的軌跡規(guī)劃算法/206
7.2.2 多約束耦合作用下的速度規(guī)劃方法/212
7.2.3 面向旋轉(zhuǎn)目標(biāo)的軌跡規(guī)劃方法/217
7.3 基于模型預(yù)測(cè)控制與雙復(fù)雜外形約束的姿軌聯(lián)合控制/221
7.3.1 面向非旋目標(biāo)的姿軌聯(lián)合控制器設(shè)計(jì)/221
7.3.2 面向旋轉(zhuǎn)目標(biāo)的姿軌聯(lián)合控制器設(shè)計(jì)/225
7.4 本章小結(jié)/230
參考文獻(xiàn)/231
第8章 不確定條件下的航天器近距離懸?？刂?233
8.1 不確定條件下的碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估/234
8.1.1 常用碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法/234
8.1.2 軌道偏差預(yù)報(bào)與仿真分析/235
8.1.3 碰撞概率計(jì)算方法/245
8.2 導(dǎo)航偏差影響下的懸停誤差帶建立/254
8.2.1 基于協(xié)方差分析描述函數(shù)法的導(dǎo)航偏差傳播/254
8.2.2 安全接近區(qū)的定義與建立/258
8.3 基于降維固定時(shí)間的欠驅(qū)動(dòng)懸?？刂?260
8.3.1 欠驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)能控性分析/260
8.3.2 基于降維固定時(shí)間的欠驅(qū)動(dòng)控制器設(shè)計(jì)/263
8.3.3 欠驅(qū)動(dòng)懸?？刂品抡娣治?268
8.4 本章小結(jié)/270
參考文獻(xiàn)/270
第9章 非合作目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)可達(dá)域與安全區(qū)構(gòu)建 272
9.1 基于奇諾多面體的航天器相對(duì)運(yùn)動(dòng)可達(dá)域構(gòu)建/272
9.1.1 可達(dá)概念與*優(yōu)控制的關(guān)系/272
9.1.2 基于奇諾多面體的相對(duì)可達(dá)域理論/275
9.1.3 失效航天器終端接近可達(dá)性分析/279
9.1.4 基于奇諾多面體可達(dá)域的碰撞預(yù)警分析/287
9.2 相對(duì)運(yùn)動(dòng)安全區(qū)及其在航天器碰撞預(yù)警中的應(yīng)用/296
9.2.1 常用相對(duì)運(yùn)動(dòng)安全區(qū)構(gòu)建方法/296
9.2.2 系統(tǒng)性能參數(shù)影響/302
9.2.3 動(dòng)態(tài)安全域/303
9.2.4 碰撞風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估“3C”模型/305
9.3 本章小結(jié)/306
參考文獻(xiàn)/306
第10章 非合作目標(biāo)安全接近控制實(shí)驗(yàn)技術(shù) 310
10.1 安全接近地面氣浮模擬實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)介紹/310
10.1.1 地面氣浮實(shí)驗(yàn)平臺(tái)硬件系統(tǒng)/310
10.1.2 地面氣浮實(shí)驗(yàn)平臺(tái)軟件系統(tǒng)/314
10.1.3 地面氣浮實(shí)驗(yàn)平臺(tái)系統(tǒng)參數(shù)辨識(shí)/315
10.1.4 動(dòng)力學(xué)模型簡(jiǎn)化/316
10.2 路經(jīng)約束下*優(yōu)跟蹤控制算法地面實(shí)驗(yàn)/317
10.2.1 期望輸入*優(yōu)跟蹤控制算法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證/317
10.2.2 路徑約束*優(yōu)控制算法實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證/319
10.3 非合作目標(biāo)位姿跟蹤控制算法地面實(shí)驗(yàn)/321
10.3.1 非合作目標(biāo)位姿跟蹤任務(wù)場(chǎng)景描述/321
10.3.2 非合作目標(biāo)位姿跟蹤控制器設(shè)計(jì)/321
10.3.3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析/322
10.4 復(fù)雜外形目標(biāo)安全接近控制算法地面實(shí)驗(yàn)/327
10.4.1 復(fù)雜外形目標(biāo)安全接近實(shí)驗(yàn)場(chǎng)景描述/327
10.4.2 模擬目標(biāo)航天器復(fù)雜外形重構(gòu)/327
10.4.3 復(fù)雜外形目標(biāo)安全接近控制器設(shè)計(jì)/328
10.4.4 復(fù)雜外形目標(biāo)安全接近實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析/329
10.5 雙星在軌接近飛行實(shí)驗(yàn)簡(jiǎn)介/333
10.5.1 飛行實(shí)驗(yàn)任務(wù)概述/334
10.5.2 飛行實(shí)驗(yàn)仿真數(shù)據(jù)/335
10.6 本章小結(jié)/337
參考文獻(xiàn)/338
第11章 非合作目標(biāo)安全接近技術(shù)總結(jié)與展望 339
11.1 非合作目標(biāo)安全接近關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)/339
11.2 非合作目標(biāo)安全接近技術(shù)發(fā)展展望/342