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1、碩士學位論文航天器自主交會對接相對導航方法研究RESEARCHONRELATIVENAVIGATIONFORSPACECRAFTAUTONOMOUSRENDEZVOUSANDDOCKING封天明哈爾濱工業(yè)大學2018年6月國內圖書分類號：V448.2學校代碼：10213國際圖書分類號：629.78密級：公開工學碩士學位論文航天器自主交會對接相對導航方法研究碩士研究生：封天明導師：荊武興教授申請學位：工學碩士學科：航空宇航科學與技術所在單位：航天學院答辯日期：2018年6月授予學位單位：哈爾濱工業(yè)大學ClassifiedIndex:V44

2、8.2U.D.C:629.78DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringRESEARCHONRELATIVENAVIGATIONFORSPACECRAFTAUTONOMOUSRENDEZVOUSANDDOCKINGCandidate：FengTianmingSupervisor：Prof.JingWuxingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AeronauticalandAstronauticalScienceandT

3、echnologyAffiliation：SchoolofAstronauticsDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文摘要自主交會對接技術在空間在軌維修、燃料服務、空間碎片清理等任務中起著及其重要的作用。為減小系統(tǒng)的復雜性，降低系統(tǒng)的成本，提高系統(tǒng)的可靠性，本文以光學相機作為航天器進行相對信息測量的唯一敏感器，對交會對接過程中的相對導航問題進行了研究，給出了基于僅測角的自主交會對接相對

4、導航方法。本文主要研究工作如下：推導并建立了基于僅測角相對導航的動力學模型，包含了絕對軌道運動模型、姿態(tài)運動模型、軌道相對運動的化簡模型——C-W方程、敏感器模型、執(zhí)行機構模型。給出了用于相對導航計算的濾波算法，給出了僅測角相對導航的觀測方程，并進行了可觀測性分析，給出了相應的可觀性判據；為了進一步考察軌道的可觀性水平，給出了用于衡量可觀測程度的可觀性矩陣；給出了用于僅測角交會對接相對導航的詳細的導航濾波模型；依據交會對接的任務背景，設計了可以實現(xiàn)交會對接任務的制導和控制算法。介紹了MonteCarlo打靶法，并建立了導航結果誤差分析的

5、指標，利用本文所給出的方法，設計了仿真場景，并進行了多次打靶仿真，驗證了本文提出的相對導航方法的可行性。關鍵詞：自主交會對接；相對導航；僅測角導航；可觀測性分析；擴展卡爾曼濾波I哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文AbstractTheautonomousrendezvousanddockingtechnologyplaysaveryimportantroleinmanyspacemissionssuchason-orbitmaintenance,fueladdingandspacedebriscleaning.Toestablishalow

6、-power,low-cost,low-complexityandhighreliabilityschemeforrelativenavigation,thispaperutilizesanoptimalcamera,whichistheonlyavailablesensorforrelativemeasurement,toachievetherelativenavigationofcloserangerendezvousanddocking.Thispaperproposesangles-onlynavigationmethod.Th

7、emainworkofthispaperislistedasfollow:Thedynamicmodelofangles-onlynavigationmethodisderived,whichincludestheorbitalmotionequations,attitudemotionequationsandthelinearizeddifferentialequations,i.e.,theC-Wequations,andthemodelsofsensorsandactuators.Thefilteralgorithmforrela

8、tivenavigationisformulatedandtheobservationequationofangles-onlynavigationisderived.Usingtheobservation