先进航天器轨道快速优化

论文题目: 先进航天器轨道快速优化

论文类型: 博士论文

论文专业: 交通运输规划与管理

作者: 王明光

导师: 袁建平

关键词: 先进航天器,可重复使用运载器,再入轨道,再入走廊,快速优化,乘子法,共轭梯度法,非线性规划,上升轨道

文献来源: 西北工业大学

发表年度: 2005

论文摘要: 鉴于低成本的太空资源开发、巨大的战略利益等因素的考虑，当前许多发达国家相继将发展先进航天器ASV(可重复使用运载器RLV、乘员返回飞行器CRV、空间作战飞行器SOV、军用空天飞机MSP、空间机动飞行器SMV等)作为未来航天技术发展的重点。先进航天器飞行时应具备自主导航的能力，其实现的关键技术之一是用机载计算机近实时或实时地生成一条满足各种约束条件的优化轨道。虽然国内外学者在ASV轨道优化方面已经做了大量研究工作，取得了令人瞩目的成果，但是绝大多数优化方法要花大量的计算机时才能获得最优控制量及相应的最优轨道，即传统的算法不能满足ASV自主导航实时生成轨道的要求。本论文就ASV轨道快速优化问题进行了深入研究，主要内容包括两部分：再入轨道快速优化和上升轨道快速优化。 ASV再入轨道快速优化 本文根据ASV再入轨道快速优化的需求，在运动模型处理方面和优化算法方面做了如下工作： 模型处理：(1)根据ASV再入运动方程的特点和优化算法流程结构的特征，对模型做了合理的简化处理(将6状态量轨道状态方程分为参与数值优化迭代的一组状态方程和不参与数值优化迭代的一组状态方程)；(2)运动模型无量纲处理；(3)运动模型转化处理(将终端时间自由的轨道最优控制问题转化为终端积分变量固定的最优控制问题)。处理后的模型计算量少，更适合优化数值解法求解。 算法方面：与传统轨道优化算法不同，本文算法先根据轨道约束和准平衡约束规划出再入走廊，在再入走廊内选取满足航程约束的一条基准轨道，然后根据基准轨道反推算得到其中的一个控制量—滚转角，采用参数优化法优化滚转角。在此基础上，采用共轭梯度法对另一个控制量—迎角进行优化。 仿真结果表明，只需10-20秒左右的时间即能产生一条满足轨道约束、终端约束、控制量约束和航程约束的优化轨道。此轨道可以用作ASV自主导航的参考轨迹，也可用作应急情况下再入的参考轨迹，具有很好的工程应用价值。 ASV上升轨道快速优化 本文根据ASV上升轨道快速优化的需求，在运动模型处理方面和优化算法方面做了如下工作：

论文目录:

摘要

ABSTRACT

第1章 绪论

1.1 引言

1.1.1 轨道优化的内容及意义

1.1.2 轨道优化算法发展

1.2 传统轨道优化算法

1.2.1 实际应用情况

1.2.2 传统轨道优化算法的缺点

1.3 快速轨道优化算法

1.3.1 影响优化算法计算机时的因素

1.3.2 减少优化算法计算机时的方法

1.4 本文研究特色与内容

1.5 文献综述

1.6 创新点

第2章 轨道描述

2.1 上升段轨道

2.1.1 单级入轨ASV的技术可行性

2.1.2 水平起飞单级入轨

2.1.3 载机空中发射

2.1.4 火箭助推垂直发射

2.2 在轨和空间交会段轨道

2.2.1 航天器相对运动

2.2.2 V-bar逼近

2.2.3 R-bar逼近

2.3 再入段轨道

2.3.1 轨道约束及再入走廊

2.3.2 终端约束

第3章 运行轨道的特点及简化

3.1 运动方程简单推导

3.2 方程组归一无量纲处理

3.3 上升轨道特点及简化

3.4 再入轨道特点及简化

第4章 上升轨道快速优化

4.1 上升轨道最优控制问题

4.1.1 性能指标的选取

4.1.2 控制量的选取

4.1.3 约束条件

4.2 轨道优化算法

4.2.1 间接法

4.2.2 直接法

4.3 算法实现

4.3.1 运动方程处理

4.3.2 转化为参数优化问题

4.3.3 乘子法

4.3.4 变尺度法

4.3.5 一维搜索算法

4.3.6 一阶梯度

4.4 仿真及分析

4.5 小结

第5章 再入轨道快速优化

5.1 再入轨道最优控制问题

5.1.1 性能指标的选取

5.1.2 控制量的选取

5.1.3 约束条件的描述及处理方法

5.2 快速轨道设计

5.3 算法实现

5.3.1 方程无量纲处理

5.3.2 基于无量纲方程的再入飞行走廊

5.3.3 优化滚转角

5.3.4 优化迎角

5.4 仿真及分析

5.5 小结

第6章 总结和展望

6.1 本文工作总结

6.1.1 上升轨道快速优化

6.1.2 再入轨道快速优化

6.1.3 空间交会对接

6.2 问题与展望

致谢

攻读博士期间发表的论文

参考文献

发布时间: 2007-03-29

相关论文

• [1].高超声速滑翔式再入飞行器轨迹优化与制导方法研究[D]. 雍恩米.国防科学技术大学2008
• [2].月球探测器轨道动力学及其设计[D]. 郗晓宁.中国科学院上海天文台2000
• [3].飞行器总体优化设计理论与应用研究[D]. 陈小前.国防科学技术大学2001
• [4].近地卫星自主轨道确定和控制系统研究[D]. 赵黎平.西北工业大学2002
• [5].卫星轨道控制与轨道确定算法研究[D]. 王石.国防科学技术大学2002
• [6].“嫦娥一号”探月飞行器的轨道计算研究[D]. 黄勇.中国科学院研究生院（上海天文台）2006
• [7].椭圆轨道航天器编队飞行动力学及应用研究[D]. 安雪滢.国防科学技术大学2006
• [8].近地轨道空间飞行器编队飞行控制[D]. 罗成.国防科学技术大学2006
• [9].星际探测中的小推力转移轨道设计与优化方法研究[D]. 任远.哈尔滨工业大学2007
• [10].预测制导理论在飞行器再入与大气层外拦截中的应用[D]. 郑立伟.哈尔滨工业大学2007

标签：先进航天器论文;  可重复使用运载器论文;  再入轨道论文;  再入走廊论文;  快速优化论文;  乘子法论文;  共轭梯度法论文;  非线性规划论文;  上升轨道论文;