摘要：航天测量船是活动的海上测控站，在浩瀚的大洋上对航天器进行跟踪、测量和制约。测量船海上测控，就任务本身来讲与陆上测控站的工作基本相同，但海上测控有其特殊性，它是在位置变动、海水流动、船体震动、天线晃动的条件下捕获跟踪目标的。在大海中航行的航天测量船，由于受到风浪流的影响会产生6个自由度的摇荡、摇摆和振荡运动。安装在航天测量船上的无线电测控通信设备的基座也会随之摇摆，特别是航向的变化会使天线波束偏离目标，轻则影响跟踪精度，重则造成跟踪丢失。为了避开测控通信设备天线遮挡，测量船需要保持一定的航向，跟踪设计的航线航行，即测量船要在保持航向的制约要求下，跟踪并最终能稳定于预设的参考路径上。测量船路径跟踪系统带有非线性、强约束性、容易受到被控对象参数的变化以及风浪流等外界的干扰影响的特点，是一种比较典型的非线性制约系统，对该类制约系统进行探讨有助于探讨一般的非线性系统相关的制约不足，不但具有非常重要的学术方面的探讨价值，而且为做好海上测控中的航海保障工作和新一代航天测量船的设计提供论述支持。本论文针对航天测量船的特性，探讨了预测制约对策在测量船路径的跟踪制约方面的运用，也进行了制约器的设计与半实物仿真实验。首先，建立了船舶路径跟踪制约系统的数学模型。建模是进行制约器设计的基础工作，在总结前人探讨成果的基础上，掌握了船舶运动方程和操纵特性，建立了两种测控任务方式下的船舶路径跟踪制约系统的数学模型，并基于dSPACE半实物实时仿真平台的软硬件进行了介绍，为后续的设计制约器和进行仿真实验打下了基础。针对船舶路径跟踪的非线性模型，探讨了非线性模型线性化策略。针对测量船单弧段测控任务方式下的航行设计了基于状态空间模型的预测制约器，并在SIMULINK平台上设计了数值仿真，实验结果验证了预测制约对策在测量船单弧段测控方式下路径跟踪制约中的可行性。随后通过dSPACE半实物仿真平台对外界干扰下的路径跟踪制约进行了实时仿真。针对航天测量船短弧段多圈次测控任务方式下的保航向航行，探讨了两种多模型预测制约器设计策略。一是对基于横移位移切换的多模型制约对策进行探讨，通过对参考轨迹的改善保证了在保航向要求下的迅速稳定跟踪。再就是对基于横移位移切换的改善多模型预测制约策略进行了探讨，通过对参考轨迹及切换准则的改善，保证测量船在横移位移发生大范围变化时，仍然能够在保航向的要求下更加速速的实现平稳跟踪，并且改善了系统的动态响应。仿真结果表明所设计的多模型预测制约器能够实现短弧段多圈次测控任务方式下的保航向航行路径跟踪制约。关键词：航天测量船论文路径跟踪论文预测制约论文多模型切换论文dSPACE仿真论文
摘要3-5
ABSTRACT5-7
目录7-9
第一章 绪论9-17
1.1 背景和作用9-12
1.1.1 探讨背景9-10
1.1.2 探讨作用10-12
1.2 航天测量船的探讨近况12-13
1.3 船舶路径跟踪制约策略综述13-15
1.4 主要探讨内容与论文结构15-17
第二章 船舶路径跟踪制约系统数学模型及其浅析17-31
2.1 引言17
2.2 船舶运动数学模型17-22
2.2.1 基本坐标系17-19
2.2.2 船舶操纵运动方程的建立19-21
2.2.3 舵机特性计算模型21-22
2.3 船舶路径跟踪系统非线性数学模型22-27
2.3.1 船舶路径跟踪系统状态方程22
2.3.2 单弧段测控任务下的船舶路径跟踪制约系统模型22-25
2.3.3 短弧段多圈次测控任务下的路径跟踪制约系统模型25-27
2.4 dSPACE 半实物仿真27-30
2.5 本章小结30-31
第三章 单弧段测控任务下的船舶路径跟踪预测制约31-55
3.1 引言31
3.2 船舶路径跟踪系统线性化模型31-36
3.2.1 线性化策略32-33
3.2.2 船舶路径跟踪模型的线性化33-36
3.3 单弧段任务下的船舶直线路径跟踪预测制约器设计36-43
3.3.1 预测制约37-38
3.3.2 基于状态空间模型的预测制约器设计38-43
3.4 单弧段测控任务下的船舶直线路径跟踪的预测制约仿真43-48
3.5 外界干扰下的船舶直线路径跟踪的预测制约 dSPACE 仿真48-54
3.6 本章小结54-55
第四章 短弧段多圈次任务下的船舶路径跟踪多模型预测制约55-72
4.1 引言55-56
4.2 多模型预测制约56-57
4.3 基于横移位移的多模型切换预测制约57-63
4.3.1 切换参考轨迹及多模型制约器切换准则58-59
4.3.2 基于横移位移切换的多模型预测制约仿真59-63
4.4 基于横移位移切换的改善多模型预测制约63-68
4.4.1 改善的多模型参考轨迹及制约器切换准则63-65
4.4.2 基于横移位移切换的改善多模型预测制约仿真65-68
4.5 含有航向跟踪的改善多模型预测制约仿真68-71
4.6 本章小结71-72
第五章 全文总结与展望72-75
5.1 本论文的主要工作和贡献72-73
5.2 未来展望73-75
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