航天器交会中的多圈Lambert问题研究

针对大椭圆轨道追踪器固定时间直接碰撞交会问题,介绍了一种快速确定多圈Lambert问题最优解的新方法。研究了多圈Lambert转移解,分析了转移时间与转移轨道参数的关系;研究了无时间约束最优直接碰撞交会及其必要条件。仿真表明:最优解快速确定方法有效、可行,并可提高计算效率。     

小行星探测多脉冲交会轨道多目标优化

现有的小行星探测交会轨道研究多集中于二脉冲最优燃料研究,本文则研究了小行星探测多脉冲交会轨道多目标优化问题.基于Lambert交会算法建立了包含地球逃逸轨道和日心转移轨道的多脉冲交会轨道优化模型,以燃料消耗最小和转移时间最短为两个优化目标函数.采用一类典型的多目标进化算法——NSGA -Ⅱ用于Pareto最优解的确定....     

基于NSGA-Ⅱ算法的轨道转移优化方法研究

在普适变量法求解Lambert转移问题基础上,提出基于NSGA-Ⅱ(non-dominated sorting genetic algorithm-Ⅱ)算法的轨道转移时间-能量优化问题解决方法:通过修改非优超排序方法和采用空间扩张策略对NSGA-Ⅱ算法进行了改进,运用约束支配的概念解决了约束条件下Pareto最优集分层困难的问题。仿真实验表明:改进的NSGA-Ⅱ算法能有效求解轨道转移时间-能量优化问题,且比原算法提高了Pareto前沿散布性能。     

单航天器无需变轨与Walker星座多星交会的充分条件及特性分析

以Walker星座为研究对象,对单航天器无需变轨实现多星交会的问题展开研究。从Walker星座相位同构特性出发,得到了单航天器无需变轨能够对多颗星座卫星交会的充分条件,对交会的星座卫星的数目和星座卫星组合等问题进行了研究。在此基础上,提出了利用解析法求解交会轨道的轨道设计方法,并对交会轨道的特性进行了分析。对交会更多星座卫星(大于3颗)的可能性展开了讨论。研究结果可为单航天器无需变轨对星座多星交会提供理论依据。     

基于卷积神经网络的中段拦截弹弹道规划

为解决中段反导拦截弹实时规划问题,将经典Lambert理论与卷积神经网络(CNN)相结合,提出一种高效的拦截点解算方法。基于Lambert理论构建二体假设条件下椭圆轨道的中段反导拦截弹弹道规划模型。利用卷积神经网络求解模型,可在满足精度要求的同时极大提升解算效率。利用Matlab仿真软件验证了此方法的合理性。此方法可以推广至其他作战规划问题,以满足作战选择的多样性需求。     

双二体几何切面法及天梯地月转移轨道分析

双二体模型是求解地月转移轨道的重要基础。与传统的采用月球影响球入口点经纬度的描述方式不同,本文提出一种基于飞行轨道面参数来描述地月转移轨道的双二体模型几何表达方式,结合一维非线性方程求根算法Brent算法和Lambert原理,将原始三维球面搜索算法降维成为二维圆上的搜索算法,可以高效求解地月转移轨道的形状参数。为避免重复计算,将转移轨道窗口计算的轨道多变量搜索问题解耦分解成两个子问题——转移轨道形状参数求解问题和转移轨道面空间定向问题,降低了问题的求解维度。形成两级并行计算算法,充分发挥多核计算机算力,加速计算过程。仿真结果表明,基于提出的并行圆锥曲线几何切面法,可以成功应用于计算天梯地月转移轨道分析。     

利用动态规划原理实现多冲量最优交会问题

多冲量最优交会问题是航天领域非常重要的一个研究方向,从运筹学角度将此问题转化为一个多阶段多维动态规划问题,并着重对多阶段二维动态规划进行分析研究。在给出状态方程及指标函数递推公式的基础上,得到了两冲量和三冲量交会问题最优解的求解算法,之后分别通过实例验证了算法的有效性。对于以地心角等参数为决策变量的更高维问题,讨论了利用进化算法等降维方法实现多维动态规划的思想。     

用非线性规划求解有限推力最优交会

利用非线性规划方法研究了航天器的有限推力最优交会问题。这种方法利用了近年来发展起来的直接优化技术,用分段多项式来表示整个轨道的状态和控制向量,将最优控制问题转化为非线性规划问题。在应用这种方法时,先将整个轨道分为若干推力段和无推力段,然后利用配置方法产生推力段的约束段,利用状态转移矩阵来产生无推力段的约束。最后,对共面轨道情况下的交会进行了数值仿真,验证了方法的有效性和鲁棒性。     

面向多星观测调度的分层迭代算法

提出一种基于分治策略的多星观测分层调度框架,在该框架下,用蚁群优化算法把任务分配至各轨道圈次上,并利用自适应模拟退火算法求解各轨道圈次的调度问题。根据各轨道圈次调度结果的反馈情况,再调整任务分配方案,重复上述过程直到达到算法终止条件。为了提高算法的性能,在设计蚁群算法的启发式信息模型时,应充分考虑卫星调度问题的领域知识;在模拟退火算法中设计两个邻域结构,采用动态选择策略在优化过程中确定最佳邻域搜索结构。仿真实验表明,该方法有效地降低了问题求解的复杂度,尤其在求解大规模多星观测调度问题时表现出优异的性能。     

基于Lambert算法的脉冲精确变轨策略

Lambert问题的求解多以二体假设为基础,从而对精确轨道控制带来不利影响.提出了一种脉冲修正策略,建立了考虑摄动影响的航天器轨道动力学计算模型,在Iambert算法基础上,通过拟牛顿法对变轨脉冲进行修正,消除终端状态误差,从而获得精确的变轨脉冲.将该修正策略用于固定时间精确变轨问题,建立了两层规划模型,并通过算例验证了算法的有效性.     

交会时间可控的多子弹协同制导方法

针对一发导弹携带多枚末修子弹对多目标进行协同防御的问题,结合时间控制协同中制导与滑模变结构控制方法,提出了一种交会时间可控的多子弹协同制导方法.给出了中制导时间协同方法及预测脱靶速度修正方法,建立了交会时间可控的多子弹协同制导模型.仿真结果表明了该协同制导方法的可行性.     

基于空间发射的远程交会路径规划

研究了空间平台发射追踪器的相关技术和组合机动路径规划策略。首先对空间发射方式、发射窗口和发射初始姿态需求进行了系统分析,选择了合理的发射方式,提出了发射方案设计策略。针对空间平台发射追踪器实现与目标远程交会的组合机动问题,进行了基于投放发射的空间交会任务分析。建立了非线性多冲量推进最优变轨数学模型,以及基于空间发射的多约束多参数组合机动路径规划模型。设计了遗传算法+序列二次规划串行混合求解策略进行求解,并对发射方案和参数选择的必要性进行了仿真分析。仿真结果表明,本方法能够有效实现基于空间发射的远程交会任务设计及组合机动路径规划。研究结果为空间发射任务和组合机动路径规划提供了有价值的参考。     

空间交会轨迹安全特性分析

建立了空间交会轨迹安全性定量评价指标体系,考虑实际交会中的导航和控制误差扰动,利用相对轨迹散布的3σ椭球来定量描述追踪器和目标器之间的轨迹安全性。采用正交试验设计方法分析交会时间、脉冲次数、脉冲间隔等对安全性指标的影响,结果表明机动时间的影响最显著,脉冲数目次之,脉冲间隔变化影响甚微。数值仿真分析了交会初始条件影响,分析表明共面交会-R-bar接近时安全性指标最小。分析了影响因素和初始条件对推进剂消耗的影响,结果表明影响效果与安全性指标相反。这项工作为安全交会轨迹设计指明了方向,为交会轨道的多目标最优设计提供了设计思路。     

空间快速交会停泊轨道优化设计

针对空间快速交会问题,采用一种新的停泊轨道转移交会的方式。对该停泊轨道优化问题进行了数学描述,建立了停泊轨道优化模型,采用遗传算法进行了仿真计算。结果表明,所设计停泊轨道能满足空间快速交会要求。     

匀速直线运动目标脱靶量测量方法

研究了匀速直线运动目标的脱靶量测量问题。文中首先给出了脱靶量测量的数学模型 ,将匀速直线运动目标的脱靶量测量表示为交会过程中目标径向距离时间序列的非线性拟合问题 ,并讨论了其求解的最优化算法。仿真结果表明 ,这种基于径向距离时间序列的目标脱靶量测量方法是简洁有效的     

一种基于导航点的航天器相对运动轨迹生成策略

针对圆(近圆)轨道航天器相对运动的固定时间状态转移问题,提出了一种基于导航点的多脉冲优化轨迹生成策略.从相对运动动力学出发,应用最优控制理论给出了基于连续推力的最优转移轨线,将引入的导航点限定在最优转移轨线上得到其位置参数;然后利用导航点位置参数建立了脉冲约束下的基于脉冲的优化轨迹生成模型,采用二次规划算法求解,通过改变导航点位置和脉冲间隔优化轨迹.仿真算例验证了策略的有效性.     

无人机规避或跟踪空中目标的自适应运动导引方法

无人机规避或跟踪空中目标可以看作是一个非线性运动导引控制问题。针对这类任务中无人机和目标存在高机动性、高时敏性等特点,提出了一种基于Lyapunov稳定性理论的无人机规避或跟踪目标运动导引方法。构建了基于精细时间运动导引方法的无人机规避或跟踪空中目标问题求解框架,并将无人机碰撞规避和机动目标跟踪问题分别转化为到达虚拟目标点和与虚拟目标点交会的问题。针对碰撞规避问题,将其转化为实现平行导引的控制问题,基于Lyapunov稳定性理论设计了无人机碰撞规避导引律。针对机动目标跟踪问题,在碰撞规避基础上,根据目标点交会的要求设计了相应的目标跟踪导引律。在Gazebo平台上开展了仿真验证实验,实验结果表明:所提方法能够有效避免大过载情况的出现,并具有较强的时变和参数适应性。     

接近观测最后逼近段最优制导方法

接近观测是一种新兴的天基观测手段,精确地导引飞行器到达目标附近合适的观测点是关键技术之一。针对接近观测最后逼近段制导问题,提出了一种最优末制导方法。在惯性系中建立了相对运动方程,把目标和观测点的相对位置作为终端约束,引入了综合考虑飞行时间与燃料消耗要求的性能指标,从而把接近目标的过程转化为最优控制问题,求解出最优推力方向、发动机工作时间和飞行时间。在此基础上,设计了最优制导方案。仿真分析表明最优末制导方法的精度较高,能够满足抵近观察任务的要求,同时对深空探测、交会对接等任务具有借鉴意义。     

新的空间物点定位解算方法

目前近景摄影测量学空间物点定位主要应用的是空间点线线交会原理,其数学基本形式有两种:共线方程交会法和投影矩阵交会法.针对近景摄影测量学空间物点定位原理,在共线方程交会法的基础上,提出了一种新的空间物点定位解算方法.该方法应用多元函数极值定理和克莱姆法则对空间线线交会问题进行求解,给出了详细的运算过程.实验证明了该算法的准确性.     

航天器近距离交会斜滑制导算法

提出了满足测量视场、最小脉冲间隔、最大脉冲受限等约束的燃料最省的航天器近距离交会多脉冲斜滑制导算法.建立了近距离交会(接近和撤离)多脉冲斜滑制导算法的统一数学模型;提出了理想交会轨道距离和速率的指数函数变化关系,使得算法能够实现任意时间的近距离交会,同时满足接近操作减速和撤离过程加速的任务要求;设计了对数函数映射法进行脉冲寻优.最后通过接近段和撤离段的操作仿真算例进行验证,仿真结果表明,相比最优化方法,对数函数映射法以较小的计算量实现了较好的寻优效果;算法能够以较省的燃料消耗实现轨道面内任意方向、任意时间内满足约束的近距离交会.