题目：星上光学有效载荷应用过程研究

光学载荷是星上一类重要的有效载荷，在空间观测领域起核心作用。在执行特定空间观测任务如空间跟瞄、对地凝视和近距离绕飞观测等时，通常需要对卫星平台的姿态和轨道进行控制。本文主要针对星上光学有效载荷应用过程中典型的姿态和轨道控制与仿真问题进行研究。针对空间目标跟瞄问题，对于刚性航天器，在考虑有界干扰与转动惯量不确定性的情况下，设计了一种滑模变结构控制器，并采用Lyapunov法证明了闭环系统的渐近稳定性。进一步，为了提高控制器的快速性，提出一种有限时间控制器，并对线性滑模控制、终端滑模控制和快速滑模控制的收敛速度进行比较分析。对于挠性航天器的姿态跟踪问题进行了初步研究，设计了滑模控制律，实现了姿态跟踪和对挠性附件振动的抑制。最后，以高轨卫星间跟瞄为应用背景，通过数学仿真对三种控制律的有效性进行了验证。 针对敏捷小卫星对地凝视问题，建立了带控制力矩陀螺的卫星姿态动力学模型，设计了姿态跟踪控制律和控制力矩陀螺的操纵律，提出了凝视情况下卫星的期望姿态的求解算法，最后，以低轨敏捷小卫星对地凝视为任务背景进行了数字仿真验证。 针对近距离绕飞观测问题，推导建立了六自由度姿轨一体动力学模型，以圆形绕飞为例，给出了快速绕飞期望轨迹的数学表示和期望姿态的计算模型，设计了六自由度耦合控制律并进行了稳定性分析。最后以“天宫”目标飞行器的伴随卫星近距离绕飞观测和悬停观测为任务背景，通过仿真验证了控制律的有效性。针对卫星遥感成像仿真问题，提出了一种基于地图瓦片技术的星载相机成像仿真方案。对星下点成像进行了仿真研究。另外，对遥感图像的下传进行仿真，搭建了卫星遥感成像演示验证系统。