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航天器姿態(tài)敏捷穩(wěn)健控制方法與應(yīng)用

包郵 航天器姿態(tài)敏捷穩(wěn)健控制方法與應(yīng)用

出版社：科學(xué)出版社出版時(shí)間：2021-10-01
開(kāi)本： B5 頁(yè)數(shù)： 300
中 圖 價(jià):¥126.4(7.9折) 定價(jià)  ¥160.0 登錄后可看到會(huì)員價(jià)
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航天器姿態(tài)敏捷穩(wěn)健控制方法與應(yīng)用 版權(quán)信息

  • ISBN：9787030698384
  • 條形碼：9787030698384 ; 978-7-03-069838-4
  • 裝幀：一般膠版紙
  • 冊(cè)數(shù)：暫無(wú)
  • 重量：暫無(wú)
  • 所屬分類(lèi)：>

航天器姿態(tài)敏捷穩(wěn)健控制方法與應(yīng)用 內(nèi)容簡(jiǎn)介

本書(shū)以多年預(yù)先研究和工程型號(hào)研制成果為基礎(chǔ)，重點(diǎn)論述了敏捷航天器姿態(tài)機(jī)動(dòng)控制和穩(wěn)健性設(shè)計(jì)的方法與技術(shù)。以航天器快速姿態(tài)機(jī)動(dòng)、快速穩(wěn)定及穩(wěn)健運(yùn)行為目標(biāo)，給出姿態(tài)機(jī)動(dòng)所需的軌跡規(guī)劃方法、控制力矩陀螺操縱律設(shè)計(jì)、姿態(tài)機(jī)動(dòng)控制方法與應(yīng)用實(shí)例，并針對(duì)敏捷航天器的特點(diǎn)，給出穩(wěn)健控制所需的故障診斷及處置體系、系統(tǒng)安全性設(shè)計(jì)方法與應(yīng)用等內(nèi)容。

航天器姿態(tài)敏捷穩(wěn)健控制方法與應(yīng)用 目錄

目錄
第1章 緒論 1
1.1 敏捷航天器的研制發(fā)展 1
1.2 航天器敏捷控制技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展 5
1.2.1 敏捷機(jī)動(dòng)姿態(tài)路徑規(guī)劃研究 5
1.2.2 敏捷機(jī)動(dòng)控制研究 7
1.3 航天器穩(wěn)健控制技術(shù)的發(fā)展 8
1.3.1 航天器敏捷穩(wěn)健技術(shù)背景 8
1.3.2 航天器穩(wěn)健控制技術(shù)發(fā)展歷程 9
1.3.3 航天器穩(wěn)健控制技術(shù)研究現(xiàn)狀 10
1.3.4 航天器穩(wěn)健控制技術(shù)應(yīng)用 12
參考文獻(xiàn) 15
第2章 姿態(tài)路徑規(guī)劃方法 18
2.1 概述 18
2.2 坐標(biāo)系介紹 19
2.3 姿態(tài)重定向的路徑規(guī)劃 19
2.3.1 路徑規(guī)劃方法 19
2.3.2 適用于姿態(tài)重定向的基準(zhǔn)重置方法 35
2.3.3 仿真實(shí)例 37
2.4 多邊界約束的路徑規(guī)劃 46
2.4.1 路徑規(guī)劃問(wèn)題描述 46
2.4.2 方法實(shí)現(xiàn) 47
2.4.3 仿真實(shí)例 51
2.5 動(dòng)目標(biāo)跟蹤的路徑規(guī)劃 52
2.5.1 星體跟蹤動(dòng)目標(biāo)的路徑規(guī)劃 52
2.5.2 面向像移補(bǔ)償?shù)膭?dòng)目標(biāo)路徑規(guī)劃 56
參考文獻(xiàn) 62
第3章 控制力矩陀螺構(gòu)型及操縱律設(shè)計(jì) 63
3.1 概述 63
3.2 單框架控制力矩陀螺精確模型 63
3.2.1 低速框架動(dòng)力學(xué)模型 64
3.2.2 低速框架遲滯時(shí)延特性模型 69
3.2.3 高速轉(zhuǎn)子擾動(dòng)模型 71
3.2.4 模型校驗(yàn) 75
3.3 控制力矩陀螺構(gòu)型設(shè)計(jì) 80
3.3.1 角動(dòng)量包絡(luò)及奇異特性分析 80
3.3.2 標(biāo)稱(chēng)框架角設(shè)計(jì) 83
3.3.3 構(gòu)型分析 84
3.4 控制力矩陀螺操縱律設(shè)計(jì) 89
3.4.1 剪刀型控制力矩陀螺操縱律 90
3.4.2 基于零運(yùn)動(dòng)奇異規(guī)避操縱方法 93
3.4.3 指令力矩螺旋式搜索的操縱方法 98
3.4.4 指令力矩調(diào)節(jié)及動(dòng)態(tài)分配操縱方法 103
3.4.5 變速控制力矩陀螺操縱律設(shè)計(jì) 109
參考文獻(xiàn) 115
第4章 敏捷航天器姿態(tài)機(jī)動(dòng)控制方法與應(yīng)用 117
4.1 概述 117
4.2 面向敏捷成像任務(wù)的姿態(tài)機(jī)動(dòng)控制實(shí)現(xiàn) 117
4.2.1 面向被動(dòng)推掃的姿態(tài)重定向控制 118
4.2.2 面向主動(dòng)推掃的動(dòng)中成像姿態(tài)控制 125
4.3 敏捷航天器姿態(tài)機(jī)動(dòng)控制方法 131
4.3.1 撓性附件的模態(tài)參數(shù)辨識(shí) 131
4.3.2 基于CMG力矩矢量調(diào)節(jié)的姿態(tài)機(jī)動(dòng)控制 136
4.3.3 基于撓性模態(tài)實(shí)時(shí)測(cè)量信息的姿態(tài)協(xié)調(diào)控制 146
4.4 姿態(tài)機(jī)動(dòng)與附件指向的復(fù)合控制方法 151
4.4.1 附件敏捷指向規(guī)劃 151
4.4.2 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償與力矩補(bǔ)償 162
4.5 面向航天器敏捷機(jī)動(dòng)的陀螺誤差標(biāo)校與系統(tǒng)時(shí)延補(bǔ)償 175
4.5.1 陀螺的全誤差標(biāo)定 175
4.5.2 系統(tǒng)時(shí)延補(bǔ)償 181
參考文獻(xiàn) 187
第5章 敏捷航天器穩(wěn)健設(shè)計(jì)的故障定位方法 189
5.1 概述 189
5.2 穩(wěn)健設(shè)計(jì)的故障定位框架體系 189
5.3 部件獨(dú)立故障定位方法 191
5.3.1 基于專(zhuān)家知識(shí)的故障定位方法 191
5.3.2 基于模型知識(shí)的故障定位方法 200
5.3.3 基于數(shù)據(jù)的故障定位方法 205
5.4 同類(lèi)部件故障定位方法 209
5.4.1 基于平衡方程等價(jià)性的陀螺組件故障定位方法 209
5.4.2 基于奇偶空間的CMG組件故障定位方法 214
5.5 不同類(lèi)部件故障定位方法 219
5.5.1 基于運(yùn)動(dòng)學(xué)模型的故障定位方法 219
5.5.2 基于動(dòng)力學(xué)模型的故障定位方法 234
5.6 系統(tǒng)級(jí)故障檢測(cè)方法 238
5.7 故障定位結(jié)果融合方法 239
參考文獻(xiàn) 240
第6章 敏捷航天器穩(wěn)健設(shè)計(jì)的安全性策略及控制方法 242
6.1 概述 242
6.2 穩(wěn)健系統(tǒng)的安全性設(shè)計(jì)策略 242
6.2.1 安全模式的總體設(shè)計(jì) 243
6.2.2 全姿態(tài)捕獲的邏輯設(shè)計(jì) 245
6.2.3 全姿態(tài)捕獲的控制設(shè)計(jì) 246
6.3 系統(tǒng)欠配置下的姿態(tài)控制方法 248
6.3.1 無(wú)角速度測(cè)量的自旋狀態(tài)確定 249
6.3.2 無(wú)角速度測(cè)量的太陽(yáng)搜索及對(duì)日定向控制 258
6.3.3 無(wú)角速度測(cè)量的異常姿態(tài)轉(zhuǎn)正常的控制方法 263
6.3.4 控制力矩陀螺欠配置的三軸姿態(tài)穩(wěn)定控制 272
6.3.5 推力器欠配置的三軸角速度控制 279
參考文獻(xiàn) 286
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航天器姿態(tài)敏捷穩(wěn)健控制方法與應(yīng)用 節(jié)選

第1章 緒論 1.1 敏捷航天器的研制發(fā)展 顧名思義，能夠在較短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)姿態(tài)大角度快速機(jī)動(dòng)的航天器稱(chēng)為敏捷航天器（agile spacecraft）［1］。敏捷航天器能夠根據(jù)任務(wù)要求快速改變姿態(tài)指向，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的快速、靈活探測(cè)，從而在單軌道周期內(nèi)完成多點(diǎn)目標(biāo)成像、立體成像、條帶拼接成像和主動(dòng)推掃成像等遙感任務(wù)。從另外一個(gè)角度來(lái)看，基于航天器的敏捷控制能力，可顯著擴(kuò)展航天器作為在軌操控平臺(tái)的服務(wù)能力和效率，為空間攻防中的快速攻擊和快速閃避提供保證。 敏捷航天器的相關(guān)技術(shù)研究在世界各國(guó)高分辨率對(duì)地觀(guān)測(cè)商業(yè)衛(wèi)星的應(yīng)用發(fā)展中備受關(guān)注［2］。美國(guó)*早的伊科諾斯（Ikonos）及其之后的快鳥(niǎo)（QuickBird）、地球之眼1號(hào)（GeoEye1）、世界觀(guān)測(cè)1號(hào)（WorldView-1）和世界觀(guān)測(cè)2號(hào)（WorldView-2）等對(duì)地觀(guān)測(cè)衛(wèi)星均在一定程度上實(shí)現(xiàn)了姿態(tài)快速機(jī)動(dòng)功能；法國(guó)的昴宿星（Pleiades）及印度的制圖2號(hào)衛(wèi)星（Cartosat2）也同樣具備作為敏捷航天器的姿態(tài)快速機(jī)動(dòng)能力［3］。 *具代表性的敏捷航天器包括美國(guó)的WorldView系列、GeoEye系列、法國(guó)的Pleiades系列等。由于具有敏捷姿態(tài)機(jī)動(dòng)能力，這些衛(wèi)星不僅能夠沿軌道前進(jìn)方向進(jìn)行前視和后視成像，一次過(guò)境即可對(duì)星下點(diǎn)軌跡附近的區(qū)域目標(biāo)進(jìn)行多方位掃描，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)處理能夠得到無(wú)明顯時(shí)間差的立體圖像；而且通過(guò)敏捷姿態(tài)機(jī)動(dòng)，能夠以一定角度進(jìn)行左右側(cè)視或側(cè)擺成像，從而獲得所需的非星下點(diǎn)目標(biāo)的影像數(shù)據(jù)，極大地提高了衛(wèi)星的觀(guān)測(cè)范圍和工作效率。 WorldView系列是美國(guó)DigitalGlobe公司研制的新一代商業(yè)對(duì)地觀(guān)測(cè)衛(wèi)星系統(tǒng)［4］，是全球**批使用了控制力矩陀螺（control moment gyroscope，CMG）的商業(yè)衛(wèi)星。WorldView1（圖1-1）［5］發(fā)射于2007年，運(yùn)行于高度496km、傾角98°、周期93.4min的太陽(yáng)同步軌道上，平均重訪(fǎng)周期為1.7天，星載大容量全色成像系統(tǒng)每天能夠拍攝多達(dá)50萬(wàn)平方公里、0.5m分辨率的圖像。衛(wèi)星以重2.5t、高3.6m、寬2.5m、太陽(yáng)電池帆板展開(kāi)后總跨度7.1m的質(zhì)量和結(jié)構(gòu)特性，能夠?qū)崿F(xiàn)偏離天底方向±45°范圍機(jī)動(dòng)，機(jī)動(dòng)的角加速度可達(dá)2.29（°）/s2，機(jī)動(dòng)角速度可達(dá)4.45（°）/s，側(cè)擺機(jī)動(dòng)300km（約35°）僅需9s時(shí)間，在其發(fā)射后的很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)被認(rèn)為是全球分辨率*高、響應(yīng)速度*快的商業(yè)遙感衛(wèi)星，具備高精度的地理定位能力和極為迅速的任務(wù)響應(yīng)能力，能夠快速瞄準(zhǔn)要拍攝的目標(biāo)，并有效地進(jìn)行同軌立體成像。WorldView2（圖12）于2009年10月6日發(fā)射入軌，運(yùn)行于770km高度的太陽(yáng)同步軌道，能夠提供0.5m全色圖像和1.8m分辨率的多光譜圖像，能夠更快速和更準(zhǔn)確地從一個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)向另一個(gè)目標(biāo)，同時(shí)也能進(jìn)行多個(gè)點(diǎn)目標(biāo)的拍攝。 圖1-1 WorldView-1 圖1-2 WorldView-2 WorldView-3（圖13）［6］于2014年8月成功發(fā)射，作為美國(guó)DigitalGlobe公司的第四代商業(yè)光學(xué)衛(wèi)星，是**顆具有多載荷、超高光譜、高分辨率的商業(yè)衛(wèi)星，是全球首顆0.3m分辨率的遙感衛(wèi)星，能夠在更短的時(shí)間內(nèi)獲取影像數(shù)據(jù)，平均回訪(fǎng)周期不到1天，同時(shí)每天的采集數(shù)據(jù)量也非常驚人，采集范圍高達(dá)68萬(wàn)平方公里。WorldView4（圖14）［7］于2016年11月發(fā)射，與WorldView-3衛(wèi)星組成星座，WorldView-4相比于WorldView3，能夠更快速地從一個(gè)目標(biāo)移動(dòng)到另一個(gè)目標(biāo)，并且能夠存儲(chǔ)更大量的數(shù)據(jù)。 圖1-3 WorldView-3 圖1-4 WorldView-4 Pleiades衛(wèi)星（圖15）是法國(guó)繼SPOT系列之后的新一代商業(yè)遙感衛(wèi)星，重量1t，軌道高度694km，軌道周期98.64min。與SPOT系列衛(wèi)星不同的是，Pleiades衛(wèi)星通過(guò)衛(wèi)星繞三軸同時(shí)機(jī)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)多個(gè)目標(biāo)更為靈活的觀(guān)測(cè)，除了具有側(cè)視成像能力以外，還可以在很短的時(shí)間內(nèi)調(diào)整觀(guān)測(cè)角度，對(duì)點(diǎn)目標(biāo)成像，也可以沿飛行軌跡前視和后視成像，生成近似同時(shí)的立體像對(duì)。 圖1-5 Pleiades衛(wèi)星 對(duì)敏捷航天器的控制研究在中國(guó)同樣備受關(guān)注。2006年2月9日，中國(guó)頒發(fā)了《國(guó)家中長(zhǎng)期科學(xué)和技術(shù)發(fā)展規(guī)劃綱要（2006—2020年）》，高分辨率對(duì)地觀(guān)測(cè)系統(tǒng)同載人航天與探月工程、北斗導(dǎo)航系統(tǒng)等一并作為16個(gè)重大專(zhuān)項(xiàng)之一。從2010年5月正式獲準(zhǔn)實(shí)施，2012年進(jìn)入全面建設(shè)階段，目標(biāo)是在2020年左右建成“三高”——高時(shí)間分辨率、高空間分辨率、高光譜分辨率的對(duì)地觀(guān)測(cè)系統(tǒng)，具有時(shí)空協(xié)調(diào)、全天候、全天時(shí)、觀(guān)測(cè)范圍全球覆蓋的穩(wěn)定運(yùn)行系統(tǒng)。該項(xiàng)目的發(fā)布和實(shí)施無(wú)疑對(duì)推動(dòng)敏捷航天器的研究及應(yīng)用提供了良好的契機(jī)。 2008～2010年，針對(duì)高精度、高穩(wěn)定敏捷遙感衛(wèi)星發(fā)展需求，北京控制工程研究所開(kāi)展了敏捷小衛(wèi)星平臺(tái)控制系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)技術(shù)、基于小型控制力矩陀螺的敏捷姿態(tài)控制技術(shù)研究，完成小型控制力矩陀螺和微小型一體化姿態(tài)軌道確定系統(tǒng)工程樣機(jī)研制，并通過(guò)數(shù)字和物理仿真試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，為實(shí)現(xiàn)中國(guó)對(duì)地觀(guān)測(cè)技術(shù)的跨越式發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。 2012年12月，中國(guó)高分辨率對(duì)地觀(guān)測(cè)重大專(zhuān)項(xiàng)管理辦公室舉辦了“**屆高分辨率對(duì)地觀(guān)測(cè)學(xué)術(shù)研討會(huì)——衛(wèi)星遙感與應(yīng)用”，主要探討了天基對(duì)地觀(guān)測(cè)及應(yīng)用領(lǐng)域的新理論、新思路、新方法和新技術(shù)，旨在為天基系統(tǒng)攻關(guān)建設(shè)提供有益的參考和思索，從而以更雄厚的技術(shù)支撐來(lái)保障高分辨率對(duì)地觀(guān)測(cè)重大專(zhuān)項(xiàng)的順利實(shí)施和可持續(xù)性發(fā)展。北京時(shí)間2013年4月26日，中國(guó)自主研發(fā)的高分一號(hào)高分辨率對(duì)地觀(guān)測(cè)衛(wèi)星在酒泉衛(wèi)星發(fā)射中心成功發(fā)射［8］；6月6日，高分一號(hào)首批影像發(fā)布了四類(lèi)圖片，全色分辨率可達(dá)2m，標(biāo)志著中國(guó)對(duì)敏捷航天器的研究步入了應(yīng)用階段。 中國(guó)早期的敏捷航天器如下。 （1） 遙感十四號(hào)衛(wèi)星。該衛(wèi)星是集高分辨率可見(jiàn)光、紅外和高光譜相機(jī)為一體的綜合成像遙感衛(wèi)星，于2012年發(fā)射，是中國(guó)首顆使用控制力矩陀螺進(jìn)行側(cè)擺姿態(tài)機(jī)動(dòng)控制的遙感衛(wèi)星。其運(yùn)行于高度470km、傾角97.17°、周期93.4min的太陽(yáng)同步軌道上，平時(shí)對(duì)全球重點(diǎn)目標(biāo)重訪(fǎng)周期為3~5天，通過(guò)軌道機(jī)動(dòng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)特定地區(qū)重點(diǎn)目標(biāo)重訪(fǎng)周期為1天。能夠?qū)崿F(xiàn)偏離星下點(diǎn)±40°范圍的機(jī)動(dòng)，側(cè)擺機(jī)動(dòng)300km（約32°）所需時(shí)間為90s。星載大容量全色成像系統(tǒng)能夠拍攝優(yōu)于0.8m分辨率的影像，是中國(guó)首顆亞米級(jí)分辨率的遙感衛(wèi)星，在其發(fā)射后一段時(shí)間內(nèi)被認(rèn)為是中國(guó)分辨率*高的遙感衛(wèi)星［9］。 （2） 高分二號(hào)衛(wèi)星。該衛(wèi)星具有沿滾動(dòng)軸快速側(cè)擺的敏捷姿態(tài)機(jī)動(dòng)能力，發(fā)射于2014年，是中國(guó)民用高分領(lǐng)域首顆亞米級(jí)高清成像的光學(xué)遙感衛(wèi)星。其運(yùn)行于高度631km、傾角97.9°、周期97.3min的太陽(yáng)同步軌道上。側(cè)擺機(jī)動(dòng)35°所需時(shí)間為160s，并實(shí)現(xiàn)了大范圍快速側(cè)擺下高定位精度控制。其主要使命是對(duì)地球表面進(jìn)行1m全色和4m多光譜的遙感成像觀(guān)測(cè)，提供國(guó)土資源調(diào)查與監(jiān)測(cè)應(yīng)用的高質(zhì)量影像數(shù)據(jù)。 隨著國(guó)產(chǎn)控制力矩陀螺研制水平的提升，通過(guò)4~6個(gè)CMG組合，具備基于控制力矩陀螺群（CMGs）的三軸快速姿態(tài)機(jī)動(dòng)能力的航天器應(yīng)運(yùn)而生。基于CMGs實(shí)現(xiàn)航天器的三軸機(jī)動(dòng)，能夠更靈活地服務(wù)于航天器的敏捷機(jī)動(dòng)任務(wù)，可支持多種成像模式，包括同軌多點(diǎn)目標(biāo)成像、同軌多條帶拼幅成像、同軌多角度成像、同軌立體成像和沿跡/非沿跡主動(dòng)推掃成像等等。 基于CMGs的這類(lèi)敏捷航天器主要代表如下。 高景一號(hào)衛(wèi)星系統(tǒng)由0.5m分辨率光學(xué)小衛(wèi)星組成［10］。高景一號(hào)01、02星于2016年12月發(fā)射，03、04星于2018年1月發(fā)射。高景一號(hào)衛(wèi)星采用CMGs控制，可實(shí)現(xiàn)*大角加速度0.8（°）/s2，*大角速度3.0（°）/s，具有機(jī)動(dòng)30°所需時(shí)間小于20s的敏捷機(jī)動(dòng)能力，相對(duì)中國(guó)傳統(tǒng)敏捷航天器的機(jī)動(dòng)指標(biāo)有了量級(jí)上的提升。該衛(wèi)星不僅可以獲取多點(diǎn)、多條帶拼接等影像數(shù)據(jù)，還可以進(jìn)行立體成像，載荷成像全色分辨率優(yōu)于0.5m，單景*大可拍攝60km×70km的影像，4星組網(wǎng)后實(shí)現(xiàn)全球任意地點(diǎn)一天重訪(fǎng)，標(biāo)志著中國(guó)完全自主的遙感衛(wèi)星商業(yè)化運(yùn)營(yíng)服務(wù)邁出了**步。 高分辨率多模綜合成像衛(wèi)星，是具備亞米級(jí)分辨率的民用光學(xué)遙感衛(wèi)星［11］，是《國(guó)家民用空間基礎(chǔ)設(shè)施中長(zhǎng)期發(fā)展規(guī)劃（2015—2025年）》中分辨率*高的光學(xué)遙感衛(wèi)星，于2020年7月發(fā)射。其具備敏捷機(jī)動(dòng)能力，具有多種敏捷成像模式，包括同軌多點(diǎn)目標(biāo)成像、同軌多條帶拼幅成像、同軌多角度成像、同軌立體成像、非沿跡主動(dòng)推掃成像等，單軌成像條帶數(shù)不少于20個(gè)，同一目標(biāo)多角度成像*大次數(shù)可達(dá)10次，可實(shí)現(xiàn)多種成像模式切換。其在軌應(yīng)用進(jìn)一步提升了中國(guó)遙感衛(wèi)星技術(shù)水平，滿(mǎn)足相關(guān)行業(yè)用戶(hù)對(duì)高精度遙感影像數(shù)據(jù)的需求。 1.2 航天器敏捷控制技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展 隨著航天技術(shù)的進(jìn)步和航天器應(yīng)用領(lǐng)域的拓展，天線(xiàn)、相機(jī)等有效載荷的固有特性和工作任務(wù)越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)航天器平臺(tái)的姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)提出越來(lái)越高的任務(wù)功能需求、技術(shù)指標(biāo)要求及連續(xù)運(yùn)行能力要求。航天器姿態(tài)軌道控制系統(tǒng)可以說(shuō)是整個(gè)航天器系統(tǒng)中*為復(fù)雜的一個(gè)分系統(tǒng)，承擔(dān)各類(lèi)高低軌衛(wèi)星平臺(tái)的姿態(tài)控制任務(wù)和軌道控制任務(wù)，根據(jù)航天器飛行控制流程及有效載荷工作需要，實(shí)現(xiàn)航天器平臺(tái)的姿態(tài)機(jī)動(dòng)和軌道機(jī)動(dòng)，并能按要求維持既定工作軌道、穩(wěn)定于標(biāo)稱(chēng)姿態(tài)。 現(xiàn)階段，高分辨率對(duì)地觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)已經(jīng)成為國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和國(guó)家安全的戰(zhàn)略性、基礎(chǔ)性資源，獲取高分辨率對(duì)地觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)是航天強(qiáng)國(guó)實(shí)力的重要表征之一。航天器作為空間信息平臺(tái)，所提供的觀(guān)測(cè)數(shù)據(jù)能否滿(mǎn)足各類(lèi)用戶(hù)對(duì)探測(cè)范圍、信息量和數(shù)據(jù)時(shí)效性的要求，取決于空間信息網(wǎng)絡(luò)密度、數(shù)據(jù)感知能力及姿態(tài)機(jī)動(dòng)水平。提高航天器平臺(tái)的姿態(tài)敏捷機(jī)動(dòng)能力，能夠有效擴(kuò)大單個(gè)軌道周期的遙感探測(cè)范圍，成為解決幅寬、探測(cè)范圍、過(guò)頂次數(shù)和分辨率之間相互制約矛盾的重要途徑，并以其較低的成本、較高的收益，成為遙感航天器控制領(lǐng)域的重要技術(shù)發(fā)展方向。 相比于傳統(tǒng)航天器，敏捷航天器的快速機(jī)動(dòng)能力能夠使對(duì)地觀(guān)測(cè)的圖像采集范圍和效率大幅提升，通常敏捷航天器姿態(tài)機(jī)動(dòng)的角速度在1（°）/s以上，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)靈活多變的對(duì)地成像任務(wù)。因此，敏捷航天器的首要功能要求是具備大角度姿態(tài)快速機(jī)動(dòng)的能力，以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)區(qū)域的快速掃描、沿星下點(diǎn)軌跡的左右側(cè)擺等。此外，為了實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)或靜止目標(biāo)的高精度跟蹤能力，敏捷航天器還需要具備在機(jī)動(dòng)過(guò)程中及機(jī)動(dòng)結(jié)束后實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定姿態(tài)控制的能力。也就是說(shuō)，敏捷航天器必須同時(shí)突破姿態(tài)大角度快速機(jī)動(dòng)和姿態(tài)高穩(wěn)定度控制兩項(xiàng)相互掣肘又必須協(xié)同實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵技術(shù)。 1.2.1 敏捷機(jī)動(dòng)姿態(tài)路徑規(guī)劃研究 由于敏捷航天器需要具備大范圍快速姿態(tài)機(jī)動(dòng)的能力，而執(zhí)行機(jī)構(gòu)力矩輸出能力有限，需要將相關(guān)條件作為約束，進(jìn)行姿態(tài)機(jī)動(dòng)過(guò)程的優(yōu)化設(shè)計(jì)。路徑規(guī)劃就是規(guī)劃出較優(yōu)姿態(tài)機(jī)動(dòng)路徑，以求在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)機(jī)動(dòng)至設(shè)定的目標(biāo)姿態(tài)，同時(shí)為滿(mǎn)足高精度姿態(tài)指向和姿態(tài)穩(wěn)定度提供基礎(chǔ)。路徑規(guī)劃是決定敏捷航天器效能發(fā)揮的關(guān)鍵因素。 為了實(shí)現(xiàn)敏捷航天器的姿態(tài)快速機(jī)動(dòng)控制，首先從機(jī)動(dòng)能力和擾動(dòng)抑制的角度對(duì)姿態(tài)機(jī)動(dòng)路徑進(jìn)行規(guī)劃。姿態(tài)路徑規(guī)劃根據(jù)路徑形式可以分為*短路徑規(guī)劃、S型路徑規(guī)劃、多項(xiàng)式路徑規(guī)劃等。 （1） *短路徑規(guī)劃： 又稱(chēng)為梯形路徑規(guī)劃或Bang-Coast-Bang規(guī)劃，是將衛(wèi)星機(jī)動(dòng)過(guò)程的角速度變化過(guò)程分解為三個(gè)階段： 一是恒加速；二是勻速；三是恒減速到目標(biāo)角速度［1］。根據(jù)加減速階段角加速度取值的不同，*短路徑又可以分為等腰梯形路徑和非等腰梯形路徑。在文獻(xiàn)［12］中Glenn Creamer對(duì)美國(guó)的小型月球探測(cè)器Clementine進(jìn)行了描述，Clementine在執(zhí)行對(duì)月成像任務(wù)中，采用了*短路徑規(guī)劃解決執(zhí)行機(jī)構(gòu)輸出力矩和*大角速度受限的問(wèn)題，可使探測(cè)

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