18925

۱۸۹۲۵

تعيين مدار و كنترل موقعيت نسبي ماهواره هاي يك آرايش

كارشناسي ارشد

مهندسي فناوري ماهواره - كنترل

۱۳۹۶/۱۲/۲۶

دكتر حسين بلندي

دكتر سعيد عباداللهي

فناوري‌هاي نوين

پيشرفت روزافزون در صنعت فضايي عليالخصوص در زمينه ماهواره موجب گرديده است به منظور استفاده بهينه از فضا و كاهش هزينههاي مأموريت‌هاي فضايي سامانههايي تحت عنوان آرايش ماهوارهاي شكل بگيرد. آرايشهاي ماهوارهاي تركيبي از چندين ماهواره هستند كه به منظور انجام يك مأموريت مشترك طراحي ميشوند. يكي از اركان اصلي موفقيت در انجام مأموريت اين قبيل آرايشها، تعيين مدار نسبي ماهواره‌هاي آرايش و به تبع آن،كنترل موقعيت نسبي آنها ميباشد. هدف اصلي اين پاياننامه مدلسازي رفتار حركتي ماهوارههاي آرايش، تعيين موقعيت آن‌ها به‌وسيله GPS، استفاده از دادههاي فاز سيگنال GPS به منظور محاسبه موقعيت و سرعت نسبي آن‌ها، بررسي و تحقق سيستم كنترل مدار دقيق و خودكار آرايشهاي ماهوارهاي مدارهاي ارتفاع پايين و در نهايت كنترل به منظور جلوگيري از برخورد ماهوارههاي آرايش است. مدلسازيهاي حركت نسبي ماهوارههاي آرايش از بسط روابط حركت تك ماهواره به دست آمده است. اين مدلسازيها نمايانگر رفتار ماهوارههاي پيشرو و دنباله‌رو در آرايش به‌ وسيله بردار موقعيت و سرعت نسبي و همچنين به‌وسيله پارامترهاي كلاسيك مداري ميباشد. به منظور استفاده بهينه تر از گيرندهي GPS ماهوارهها از تكنيك محاسبه داده‌هاي موقعيت و سرعت نسبي با دقت به مراتب مناسب‌تر به‌وسيله فاز سيگنال GPS پرداخته شده است كه در اين روش اثر خطاي ايجاد شده توسط يونسفر و خطاي باياس كلاك گيرنده‌ها و ساير نويزها در موقعيت‌يابي به صورت تفاضلي از بين رفته است. همچنين به منظور كنترل موقعيت نسبي ماهواره به منظور دستيابي به موقعيت مطلوب و يا مانورهاي تغيير ساختار آرايش از روش هاي كنترلي LQR و خطي سازي فيدبك حالت با در نظر گرفتن مصرف سوخت استفاده شده است. شبيه‌سازي‌هاي عددي انجام شده، كارايي و اعتبار روش‌ها و تكنيك‌هاي پيشنهادي را تاييد مي كند. واژه‌هاي كليدي: آرايش ماهواره‌اي، تعيين و كنترل مدار نسبي، سيگنال GPS، كنترل كننده LQR، كنترل كننده فيدبك حالت.

1397/03/13

5/22/2018 12:00:00 AM

The improvement in the space industry, especially in the satellite field, have led to the formation of satellite-based systems in order to optimize the use of space and reduce the cost of space missions. Satellite formations are a combination of several satellites which designed to perform a common mission. One of the main pillars of the success in the formation missions is the determination of their relative orbits and consequently, their control. The main objective of this thesis is to model the behavior of the satellites, determine their position by GPS, use the GPS signal phase data to calculate their relative position and velocity, and to study and implement a precision and automatic control system for satellites of low altitude orbits and also control in order to prevent the collisions of the satellites. Relative motion modeling of satellites is derived from the expansion of single-satellite motion. This modeling represents the behavior of the leading and following satellites by position vector and relative velocity, as well as by the classical orbital parameters. In order to optimize the use of GPS receivers, the technique of calculating relative position and velocity data is more accurately compared with the phase of the GPS signals, in which the effect of the error generated by the ionosphere and the bias error of the receiver and receiver clocks and other noise in positioning, is omitted by differential methods. Also, in order to control the relative position of the satellites, in order to achieve optimal position or maneuvers for reconfiguration of the formation, LQR control methods and state feedback linearization with regard to fuel consumption are used. Numerical simulations confirm the validity of proposed methods and techniques. Keywords: Satellite Formation Flying, Relative Orbit Determination and Control, GPS Signals, LQR Controller, State Feedback Linearization