空間非合作目標安全接近控制技術(shù)

目錄
序
前言
第1章 緒論 1
1.1 空間非合作目標的概念與特征/1
1.2 安全接近問題的內(nèi)涵與特點/2
1.2.1 安全接近問題的內(nèi)涵與描述/2
1.2.2 空間非合作目標安全接近的特點/5
1.3 國內(nèi)外安全接近任務(wù)研究概況/7
1.3.1 交會對接類任務(wù)/7
1.3.2 空間碎片抓捕類任務(wù)/9
1.3.3 在軌維護類任務(wù)/11
1.3.4 總結(jié)評述/13
1.4 國內(nèi)外相關(guān)理論研究進展/14
1.4.1 航天器相對運動建模方法研究進展/14
1.4.2 航天器控制理論與方法研究進展/16
1.4.3 航天器復(fù)雜外形重構(gòu)研究進展/17
1.4.4 航天器安全接近控制方法研究進展/18
1.4.5 航天器近距離安全區(qū)與可達理論發(fā)展現(xiàn)狀/20
1.4.6 航天器不確定性分析研究進展/21
1.4.7 非合作目標地面實驗研究進展/22
1.5 本書主要內(nèi)容/23
參考文獻/24
第2章 航天器近距離相對運動建模方法 33
2.1 軌道相對運動模型/34
2.1.1 坐標系定義和轉(zhuǎn)換/34
2.1.2 LVLH坐標系下的相對運動模型/37
2.1.3 目標體坐標系下的相對運動模型/39
2.2 姿態(tài)相對運動模型/40
2.2.1 單剛體轉(zhuǎn)動動力學/40
2.2.2 歐拉角表示的相對姿態(tài)動力學/41
2.2.3 姿態(tài)動力學模型線性化誤差分析/41
2.3 姿軌耦合相對運動模型/43
2.3.1 對偶四元數(shù)及一般運動描述/44
2.3.2 基于對偶四元數(shù)的相對運動模型/46
2.3.3 與傳統(tǒng)相對運動方程比較/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/50
第3章 非合作目標近距離姿軌跟蹤控制 52
3.1 空間非合作目標翻滾運動描述/53
3.1.1 空間非合作目標翻滾運動建模/53
3.1.2 空間非合作目標翻滾運動仿真/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法設(shè)計/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)測控制算法的姿軌聯(lián)合控制/69
3.3.1 模型預(yù)測控制理論/69
3.3.2 顯式模型預(yù)測控制器設(shè)計/71
3.3.3 基于顯式模型預(yù)測控制的全局離線姿軌跟蹤/73
3.4 基于非奇異終端滑模控制算法的姿軌耦合控制/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/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/93
第4章 空間非合作目標外形表征方法 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 空間距離估計方法/98
4.2.1 空間位置關(guān)系/98
4.2.2 距離估計模型/99
4.2.3 橢球形距離估計方法與仿真分析/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/118
第5章 非合作目標安全接近的勢函數(shù)控制方法 121
5.1 勢函數(shù)方法的基本原理/122
5.1.1 勢場描述/122
5.1.2 典型勢函數(shù)/122
5.2 基于Sigmoid勢函數(shù)的避障控制/126
5.2.1 Sigmoid勢函數(shù)數(shù)學模型/126
5.2.2 橢球形障礙物避障控制律設(shè)計/129
5.2.3 長方體障礙物避障控制律設(shè)計/134
5.3 基于復(fù)合勢函數(shù)的六自由度安全接近控制方法/143
5.3.1 考慮目標旋轉(zhuǎn)時的勢函數(shù)建立/144
5.3.2 六自由度復(fù)合控制器設(shè)計/147
5.3.3 仿真分析/152
5.4 本章小結(jié)/165
參考文獻/165
第6章 復(fù)雜外形非合作目標安全接近控制方法 167
6.1 目標復(fù)雜外形的約束建模/168
6.1.1 目標姿態(tài)靜止的復(fù)雜外形約束建模/168
6.1.2 目標姿態(tài)翻滾的復(fù)雜外形約束建模/171
6.2 靜止復(fù)雜外形目標的有限時間控制方法/176
6.2.1 非奇異積分雙環(huán)滑?？刂破髟O(shè)計/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)雜外形目標的固定時間控制方法/183
6.3.1 固定時間控制器設(shè)計/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/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)目標的軌跡規(guī)劃方法/217
7.3 基于模型預(yù)測控制與雙復(fù)雜外形約束的姿軌聯(lián)合控制/221
7.3.1 面向非旋目標的姿軌聯(lián)合控制器設(shè)計/221
7.3.2 面向旋轉(zhuǎn)目標的姿軌聯(lián)合控制器設(shè)計/225
7.4 本章小結(jié)/230
參考文獻/231
第8章 不確定條件下的航天器近距離懸停控制 233
8.1 不確定條件下的碰撞風險評估/234
8.1.1 常用碰撞風險評估方法/234
8.1.2 軌道偏差預(yù)報與仿真分析/235
8.1.3 碰撞概率計算方法/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 基于降維固定時間的欠驅(qū)動懸?？刂?260
8.3.1 欠驅(qū)動系統(tǒng)能控性分析/260
8.3.2 基于降維固定時間的欠驅(qū)動控制器設(shè)計/263
8.3.3 欠驅(qū)動懸?？刂品抡娣治?268
8.4 本章小結(jié)/270
參考文獻/270
第9章 非合作目標相對運動可達域與安全區(qū)構(gòu)建 272
9.1 基于奇諾多面體的航天器相對運動可達域構(gòu)建/272
9.1.1 可達概念與*優(yōu)控制的關(guān)系/272
9.1.2 基于奇諾多面體的相對可達域理論/275
9.1.3 失效航天器終端接近可達性分析/279
9.1.4 基于奇諾多面體可達域的碰撞預(yù)警分析/287
9.2 相對運動安全區(qū)及其在航天器碰撞預(yù)警中的應(yīng)用/296
9.2.1 常用相對運動安全區(qū)構(gòu)建方法/296
9.2.2 系統(tǒng)性能參數(shù)影響/302
9.2.3 動態(tài)安全域/303
9.2.4 碰撞風險評估“3C”模型/305
9.3 本章小結(jié)/306
參考文獻/306
第10章 非合作目標安全接近控制實驗技術(shù) 310
10.1 安全接近地面氣浮模擬實驗系統(tǒng)介紹/310
10.1.1 地面氣浮實驗平臺硬件系統(tǒng)/310
10.1.2 地面氣浮實驗平臺軟件系統(tǒng)/314
10.1.3 地面氣浮實驗平臺系統(tǒng)參數(shù)辨識/315
10.1.4 動力學模型簡化/316
10.2 路經(jīng)約束下*優(yōu)跟蹤控制算法地面實驗/317
10.2.1 期望輸入*優(yōu)跟蹤控制算法實驗驗證/317
10.2.2 路徑約束*優(yōu)控制算法實驗驗證/319
10.3 非合作目標位姿跟蹤控制算法地面實驗/321
10.3.1 非合作目標位姿跟蹤任務(wù)場景描述/321
10.3.2 非合作目標位姿跟蹤控制器設(shè)計/321
10.3.3 實驗結(jié)果分析/322
10.4 復(fù)雜外形目標安全接近控制算法地面實驗/327
10.4.1 復(fù)雜外形目標安全接近實驗場景描述/327
10.4.2 模擬目標航天器復(fù)雜外形重構(gòu)/327
10.4.3 復(fù)雜外形目標安全接近控制器設(shè)計/328
10.4.4 復(fù)雜外形目標安全接近實驗結(jié)果分析/329
10.5 雙星在軌接近飛行實驗簡介/333
10.5.1 飛行實驗任務(wù)概述/334
10.5.2 飛行實驗仿真數(shù)據(jù)/335
10.6 本章小結(jié)/337
參考文獻/338
第11章 非合作目標安全接近技術(shù)總結(jié)與展望 339
11.1 非合作目標安全接近關(guān)鍵技術(shù)總結(jié)/339
11.2 非合作目標安全接近技術(shù)發(fā)展展望/342