地球静止轨道红外预警卫星姿态动力学建模与控制系统研究

【摘要】：红外预警卫星(可用于导弹预警)通常位于地球静止轨道,通过星载红外相机连续不断的对地球进行扫描探测,监视他方的导弹发射情况,并根据探测信息推算出目标弹道参数,以提供对目标进行防御的必要信息。卫星所处轨道位置高,目标可探测性差,而导弹预警需要精确的目标位置信息,这对卫星的姿态控制精度提出了很高的要求。本文以该类卫星为研究对象,从相机运动特性分析、全星两级控制动力学方程建模、扰动力矩建模分析及其补偿方案设计等方面对红外预警卫星高精度姿态稳定控制问题进行了较为深入的研究。根据国内外红外预警卫星需求和红外相机的发展状况,较为全面地分析了星载扫描型和凝视型两类红外相机的系统组成、工作原理、运动规律和工作模式,并采用拉格朗日方法建立了工程实用的卫星姿态和相机扫描两级运动的耦合动力学方程及相机运动扰动力矩模型,从而为全星控制系统仿真建模和扰动补偿仿真提供了理论依据。针对红外预警卫星姿态高指向精度和高稳定性的需求,研究分析了卫星在相机扫描运动下的姿态稳定控制问题,确定了系统主要动力学环节的仿真模型。在此基础上,论文对平台前馈补偿和相机自补偿方案进行了分析研究。仿真结果验证了不同的补偿方案均有效地消除了相机运动的扰动影响,为控制系统方案设计提供了重要依据。
【关键词】：红外相机 反馈控制 前馈补偿 数值仿真
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V412.42;V448.2