基于多圈Lambert转移的空间交会方法研究

研究了多圈Lambert转移方法在双冲量交会中的应用。利用转移时间与转移轨道的特点,提出了直接求解最大转移圈数的方法,从而提高了多圈Lambert转移问题的求解效率。用该算法对空间交会问题进行了仿真分析,验证了上述方法的有效性,同时也说明在交会时间较长时,利用多圈Lambert交会有利于减少交会所需的能量。     

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Gauss伪谱法和直接打靶法结合的月球定点着陆轨道优化

将一种求解最优控制问题的新方法—高斯伪谱法( Gauss Pseudospectral Method-GPM)和传统的直接打靶法有效结合,对月球着陆器定点软着陆轨道快速优化问题做出了研究.推导了高精度模型下着陆动力学方程.针对优化方法各自的特点和多约束条件下最优月球软着陆轨道设计的难点,提出了问题求解的串行优化策略:将控制变量和终端时间一同作为优化变量,同时离散控制变量与状态变量,取较少的Gauss节点,利用GPM求解初值,初值的求解采用从可行解到最优解的串行优化策略;在Gauss节点上离散控制变量,利用直接打靶法求解精确最优解.仿真结果表明,本文提出的轨道优化方法具有较强的鲁棒性和快速收敛性.     

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。     

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。     

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。     

单站单圈卫星初轨确定方法研究

为实现低轨卫星轨道的快速确定和预报,基于单站单圈雷达站测量数据采用遗传算法和最小二乘法对卫星初轨确定及轨道预测问题进行了研究。通过比较分析不同观测误差下两种方法的仿真结果,验证了初轨确定过程中两种方法的可行性,同时指出了各自的优缺点和适用条件,为不同观测条件下卫星最优初轨确定的方法提供了参考。     

运用速度增益制导实现对目标卫星的拦截

本文对运用速度增益制导实现对目标卫星的拦截方法进行了研究。其特点是在拦截器运动参数初值及目标轨道参数给定的条件下,首先确定考虑地球扁率J_2项影响下的拦截目标的预测命中点,然后采用Lambert方法确定给定碰撞时间下拦截器的需要速度,最后实现对目标的拦截。用该方法可保证向未制导转换时有较高精度的转换条件。     

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。     

最优轨道的快速计算

在计算外层空间最优轨道问题的应用方面,讨论了一种解两点边值问题的广义“间接”法。当能得到准确的初始估计时,改进的数值技术使这种方法（收敛）极快,但如果初始估计远离这个解,也能收敛,虽然要慢得多。把横截条件和终端状态约束结合起来,使得这种方法能够直接解决由任意终端状态约束所确定的问题。第一节定义了火箭在中心引力场里的最优轨道的微分方程、初始条件和终端条件。典型的轨道射入任务使这些微分方程具有特别简单的形式,横截条件可列出解析式。第二节详细说明了一种对解最优轨道的初值问题很有效的数值方法,因而把边值问题化为多维寻零的问题。第三节叙述了为解决这个多维寻零问题而采用的广义牛顿法。第四节概述了在IBM7094计算机上实现的结果,给出了执行时间和收敛特性。     

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。     

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.     

基于组合机动的空间V-bar交会策略

提出了一种基于切向脉冲与径向连续常推力组合机动的空间V-bar交会策略。从绝对运动与相对运动两方面推导了维持追踪航天器圆轨道运行的组合机动的运动规律,给出了V-bar接近段与逼近段的制导律。在接近段,匀速直线接近,无需考虑视界约束的限制,转移时间控制灵活;在逼近段,先以大速率等速逼近,再切换为小速率等速逼近,切换过程可以灵活控制,制导简单,自然满足直线型标称轨迹要求,安全性好。     

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.     

环月轨道交会的奔月方案

研究了基于环月轨道共面交会的载人奔月方案.飞行方案设计采取人货分离的原则,包括3次发射,2次环月轨道交会.采用精确轨道动力学模型,得到了满足共面交会约束的发射窗口,以及地月转移轨道特性.进行了3次飞行任务的合理编排和规模估算,结果表明该方案在能量和时间需求上具备可行性.     

New results on rendezvous search on the interval

In a rendezvous search problem, two players are placed in a network and must try to meet each other in the least possible expected time. We look at rendezvous search on a discrete interval in which the players are initially placed using independent draws (usually assumed to be from the same distribution). Some optimal solutions are known if this distribution is uniform, and also for certain other special types of distribution. In this article, we present two new results. First, we characterize the complete set of solutions for the uniform case, showing that all optimal strategies must have two specific properties (namely, of being swept and strictly geodesic). Second, we relate search strategies on the interval to proper binary trees, and use this correspondence to derive a recurrence relation for solutions to the symmetric rendezvous problem for any initial distribution. This relation allows us to solve any such problem computationally by dynamic programming. Finally, some ideas for future research are discussed. © Wiley Periodicals, Inc. Naval Research Logistics 60: 454–467, 2013     

基于分段连续推力的中途修正方法(英文)

基于小偏差理论,对无摄三体动力学方程沿标称轨道线性化,推导了三体动力模型的误差线性模型。在此基础上,进一步利用该最优控制方法推导了转移轨道周期内的连续小推力控制方案,验证了控制加速度及状态量的收敛。同时针对整周期控制方式在超调后状态量收敛速度慢的问题,通过分段连续推力控制模式(Segm en ta l Con tinuous T hrust Con tro l,SCTC)来近似瞬时脉冲推力控制模式,并给出了最短分段控制时间的计算方法。实验表明,SCTC模式加快了轨道状态的收敛速度。对于km级入轨偏差,通过1次控制即可使实际轨道收敛至标称轨道。