题目：卫星编队构形协同控制方法研究

相对稳定的编队构形既是卫星编队飞行区别于传统航天任务的一个外在特征，更是实现系统功能的前提条件。编队构形的控制是卫星编队协同控制的重要内容，是保证卫星编队系统有效工作的基础。本文就分布式卫星编队构形控制问题开展研究，从轨道动力学的角度分析分布式卫星相对运动的特点，研究编队构形的轨道控制与协同规划问题，以期为我国卫星编队技术早日走向应用提供具有参考价值的方法和技术。首先以线性化的相对动力学方程为基础，从Hill方程的解析解出发，分析了圆轨道或近圆轨道上卫星编队的形成机理，并进一步地分析了采用线性化方程进行编队构形研究的有效性。本文同样从轨道根数的角度分析了编队飞行的运动学关系并得出同样的结论。分析了影响编队的各种摄动力作用。对影响卫星的主要摄动力——地球扁率J2项摄动作了详尽的研究：分别从整体和相对两个方面研究了J2项摄动对卫星编队构形的影响，并提出了一些减少其影响的方法。重点研究了编队卫星相对轨道控制器的设计方法。首先以非线性的动力学模型为基础，提出一种基于李雅普诺夫稳定的非线性控制律，并进一步设计出一种不需要速度测量的观测——控制联合轨道控制器。以线性化的模型CW方程为基础，本文又提出一种基于最优二次型的控制律，该控制律对不确定干扰具有一定的鲁棒性，并结合观测器设计出轨道控制器，仿真结果表明了该控制器在鲁棒性、能耗方面的优越性。提出了一种分层式的卫星编队构形协同控制系统：上层的决策器进行轨道的协同规划，下层进行相对轨道的控制，最终得到期望的构形。提出一种基于最优二冲量控制的能量估算方法，并结合图论中二分图寻求最优匹配的求解过程，进行轨道的规划指派。仿真结果证明了该方法的有效性。