天基反卫飞行器轨道优化设计与应用研究

论文摘要

随着空间技术的不断发展,为争夺与控制有限的空间资源,保持空间优势,必然产生空间对抗。在这种背景下,仅仅具备“进入空间”与“利用空间”的能力是不够的,还必须具备“控制空间”能力,才能保证其空间资源不被侵犯。轨道机动技术与先进的轨道优化设计方法是完成各种空间对抗任务的保证,因此,有必要对先进的轨道优化设计方法进行研究。本文从空间攻防作战任务分析入手,对具有脉冲推力作用和连续推力作用的天基反卫飞行器的轨道优化设计方法与应用进行了研究,主要的研究内容包括以下三个方面:为了避免求解过程中的奇异,引入了改进春分点坐标形式的飞行器轨道动力学方程,本文给出两种求解轨迹优化设计问题的方法(混合法与高斯伪谱方法)及求解思路。针对脉冲推力作用下的轨道优化设计问题,基于参数优化思想设计了一种可以处理各类脉冲轨道优化问题的一般方法,并给出了两种确定最优脉冲个数的方法。通过将脉冲矢量与脉冲施加时刻作为未知参数,将脉冲轨道优化设计问题转化为非线性参数优化问题,通过合适的非线性规划算法来求解。解的最优性由非线性规划算法本身保证并通过主矢量理论对所得解的最优性进行验证。针对连续推力作用下的轨道优化设计问题,将高斯伪谱方法应用到轨道优化设计中,求解了常比冲推力模型下,包含轨道高度改变、轨道倾角大范围改变、复杂的轨道形状改变三种类型的轨迹优化设计与仿真验证,并且与现有的混合法进行了对比。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.2.1 美国空间对抗体系下的空间武器平台
• 1.2.2 天基反卫武器平台对空作战主要特点
• 1.2.3 飞行器轨道优化理论综述
• 1.2.4 国内的研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 基础理论知识
• 2.1 引言
• 2.2 推力模型分类
• 2.3 正则单位
• 2.4 改进春分点根数形式的轨道运动方程
• 2.5 飞行器轨迹优化模型
• 2.5.1 改进春分点根数形式的轨迹优化模型
• 2.6 空间轨迹优化问题的求解与验证方法
• 2.6.1 混合法
• 2.6.2 高斯伪谱方法
• 2.6.3 主矢量理论
• 2.7 本章小结
• 第3章 基于脉冲推力飞行器轨道优化设计
• 3.1 引言
• 3.2 脉冲推力的轨道优化设计方法
• 3.2.1 脉冲轨道机动参数优化模型
• 3.2.2 确定最优脉冲个数的两种方法
• 3.3 典型应用
• 3.3.1 已知问题的验证
• 3.3.2 圆—椭圆异面交会
• 3.4 本章小结
• 第4章 基于连续推力飞行器的轨道优化设计
• 4.1 引言
• 4.2 空间轨迹优化设计问题及其典型应用
• 4.2.1 轨迹优化设计的分类
• 4.2.2 基于混合法轨迹优化设计与典型应用
• 4.2.3 基于高斯伪谱方法轨迹优化设计与典型应用
• 4.2.4 两种轨迹优化设计方法的对比
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间所发表的论文
• 致谢