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1绪论 1

1.1小卫星简介 1

1.2卫星编队概述 2

1.3卫星编队飞行研究背景及意义 3

1.4卫星编队飞行研究现状 3

1.5卫星编队研究面临的问题 7

2卫星相对运动动力学基础 8

2.1空间坐标系和卫星轨道要素 8

2.2卫星轨道要素 9

2.3作用于卫星的万有引力和摄动力 11

2.4卫星的相对运动方程 17

2.5摄动力对卫星相对运动的影响 21

3高阶带谐摄动下卫星相对运动精确动力学模型 24

3.1任意阶带谐摄动下参考卫星运动方程 24

3.2任一阶带谐摄动下卫星相对运动动力学方程 28

3.3精确到J2和J4摄动的卫星相对动力学方程 31

4考虑第三体引力摄动的卫星编队动力学方程 34

4.1坐标系的建立及其转换 34

4.2计算参考卫星的运动方程 35

4.3卫星相对运动方程的推导 41

5基于平均轨道要素的卫星相对运动动力学模型 45

5.1相对轨道要素差与LVLH坐标系的变换关系 45

5.2平均轨道要素差的变化率 49

5.3基于平均运动的卫星相对动力学方程 51

5.4仿真验证 52

6临界轨道倾角上顺从J2摄动的卫星编队设计 56

6.1临界轨道倾角周期编队设计 56

6.2临界轨道倾角准周期卫星编队设计 62

6.3摄动环境下长期卫星编队飞行的仿真验证 69

7特殊轨道倾角上顺从J2摄动的卫星编队设计 75

7.1周期运动的偏移量与特殊轨道上的编队类型 75

7.2特殊轨道倾角下的周期或准周期约束条件 79

7.3次临界轨道倾角准周期卫星编队设计 82

7.4仿真验证 89

8基于线性时变系统的顺从J2摄动的燃料最省编队控制 97

8.1基于最优控制的顺从地球扁率摄动的编队控制策略 97

8.2基于模型预测控制的卫星编队控制策略 103

8.3卫星编队控制的仿真研究 106

8.4燃料消耗与机动时间的关系 119

9基于勒让德伪谱法的卫星编队燃料最省控制策略 122

9.1顺从J2摄动的卫星编队机动燃料最省问题描述 122

9.2勒让德伪谱法 128

9.3离散化处理 129

9.4归一化处理 129

9.5 TOMLAB优化软件工具介绍 130

9.6星轨道转移最省燃料仿真计算及结果分析 131

9.7比冲量对卫星轨道转移燃料消耗影响仿真分析 136

9.8推力对卫星轨道转移燃料消耗影响仿真分析 137

10基于线性规划算法的卫星编队燃料最省模型预测控制 139

10.1最优控制模型 139

10.2线性规划 141

10.3模型预测控制 144

10.4基于线性规划算法的模型预测控制 148

10.5数值仿真与分析 149

附录 156

参考文献 157