航天飞行控制的机器学习方法
发布时间：2021-03-11 01:17
随着人类对太空探索的逐渐深入,深空探测与小行星探测近些年逐渐成为研究热点。小推力航天器由于高比冲的特点,在深空探测中应用广泛,同时由于太空环境的复杂,且要求推力实时控制,其技术难点也不言而喻。对于航天器的太空探索任务,最值得关注的就是如何在燃料有限的情况下设计最优的轨道,探测更多的目标,同时针对未知干扰有很好的鲁棒性,保证任务顺利完成。因此,本文将结合目前流行的机器学习方法对以上问题展开分析研究。首先,本文对小推力航天器多目标任务初始目标范围选择进行了研究。利用一种基于密度的聚类方法（Density-Based Spatial Clustering of Applications with Noise,DBSCAN）,对空间小行星目标进行聚类分析,选择在任务时间段内最大聚类中的核点作为探测起始目标点。本文提出一种轨道指示器来简化地表示出航天器在小行星之间转移的难度,该轨道指示器避免了传统轨道相位值计算繁琐的缺点,是一种表示小行星之间转移难度的新的度量方法,然后以此为性能指标对小行星之间的“距离”进行重定义,进而完成聚类分析。其次,本文利用集成学习方法对小推力航天器星际转移燃料质量进行快...
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DeepSpaee1遨游太空示惫图
??ＷＢ??ＷＭ??图１．?１?Ｄｅｅｐ?Ｓｐａｃｅ?１邀游太空不意图??１．２．２小推力航天器星际转移燃料质量估计??近年来，由于太空垃圾的逐渐增多，人们对于地球周围的环境也越来越关注，??而地球周围众多的近地小行星也成为了航天学者们的关注焦点。近地小行星是指??轨道半长轴与地球轨道接近，且轨道与地球轨道相交的小行星，其存在便会伴随??着一定撞击地球的风险。２００２年，一颗直径约为１０?ｍ的天体撞击了地球，这次??撞击发生在地中海区域，该天体在大气层中引爆燃烧，其释放出的能量大约相当??＇?于２．６万吨三硝基甲苯（黄色炸药），与一个中型核武器相当。当时印度与巴基斯??坦正处于核战边缘，如果该小行星撞击在该区域后果将是灾难性的。由于其具有??的特殊的危险性和数目巨大的特点，学者们对近地小行星的研宄从未停止。??Ｂｏｔｔｋｅ等［１６］对近地小行星的体积、形状以及空间运行情况做了详细的研宄；美国??国家航空航天局（Ｎａｔｉｏｎａｌ?Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ?ａｎｄ?Ｓｐａｃｅ?Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ
?ｗ／?：－??图１．?２?ＮＡＳＡ近地小行星侦察任务太阳帆航天器示意图??因此，本文提出一种基于集成学习模型的估计器，用于在不求解精确转移轨??道的前提下，仅根据起始目标与转移目标轨道信息即可快速估计航天器在地球附??近小行星之间转移所消耗的质量，从而为在轨道设计初期判断一条轨道设计的合??理性提供帮助。??１．２．３连续时间系统实时最优控制??近年来，由于神经网络的迅速发展，其功能也逐渐从图像、语音识别发展到??越来越广阔的领域。通过ＡＩ技术解决运动中的控制问题也得到了越来越多的关??注。Ｚｈａｎｇ等［２（）］通过强化学习算法对无人机轨迹进行实时控制，由于无法得到无??人机所有状态量，故文章采用了一种引导策略搜索的方法通过深度学习与模型预??测控制结合的方式对无人机避障进行了控制，达到了预期效果？，Ｌｉ等［２１］通过将??传统ＰＩＤ控制器与深度神经网络相结合的结构对四旋翼飞行器进行了飞行轨迹??优化
【参考文献】：
期刊论文
[1]连续小推力航天器的深空探测轨道优化方法综述[J]. 李俊峰,蒋方华. 力学与实践. 2011(03)
[2]小推力深空探测轨道全局优化设计[J]. 黄国强,南英,陆宇平. 航空学报. 2010(07)
本文编号：3075609
【文章来源】：中国科学技术大学安徽省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：78 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
DeepSpaee1遨游太空示惫图
??ＷＢ??ＷＭ??图１．?１?Ｄｅｅｐ?Ｓｐａｃｅ?１邀游太空不意图??１．２．２小推力航天器星际转移燃料质量估计??近年来，由于太空垃圾的逐渐增多，人们对于地球周围的环境也越来越关注，??而地球周围众多的近地小行星也成为了航天学者们的关注焦点。近地小行星是指??轨道半长轴与地球轨道接近，且轨道与地球轨道相交的小行星，其存在便会伴随??着一定撞击地球的风险。２００２年，一颗直径约为１０?ｍ的天体撞击了地球，这次??撞击发生在地中海区域，该天体在大气层中引爆燃烧，其释放出的能量大约相当??＇?于２．６万吨三硝基甲苯（黄色炸药），与一个中型核武器相当。当时印度与巴基斯??坦正处于核战边缘，如果该小行星撞击在该区域后果将是灾难性的。由于其具有??的特殊的危险性和数目巨大的特点，学者们对近地小行星的研宄从未停止。??Ｂｏｔｔｋｅ等［１６］对近地小行星的体积、形状以及空间运行情况做了详细的研宄；美国??国家航空航天局（Ｎａｔｉｏｎａｌ?Ａｅｒｏｎａｕｔｉｃｓ?ａｎｄ?Ｓｐａｃｅ?Ａｄｍｉｎｉｓｔｒａｔｉｏｎ
?ｗ／?：－??图１．?２?ＮＡＳＡ近地小行星侦察任务太阳帆航天器示意图??因此，本文提出一种基于集成学习模型的估计器，用于在不求解精确转移轨??道的前提下，仅根据起始目标与转移目标轨道信息即可快速估计航天器在地球附??近小行星之间转移所消耗的质量，从而为在轨道设计初期判断一条轨道设计的合??理性提供帮助。??１．２．３连续时间系统实时最优控制??近年来，由于神经网络的迅速发展，其功能也逐渐从图像、语音识别发展到??越来越广阔的领域。通过ＡＩ技术解决运动中的控制问题也得到了越来越多的关??注。Ｚｈａｎｇ等［２（）］通过强化学习算法对无人机轨迹进行实时控制，由于无法得到无??人机所有状态量，故文章采用了一种引导策略搜索的方法通过深度学习与模型预??测控制结合的方式对无人机避障进行了控制，达到了预期效果？，Ｌｉ等［２１］通过将??传统ＰＩＤ控制器与深度神经网络相结合的结构对四旋翼飞行器进行了飞行轨迹??优化
【参考文献】：
期刊论文
[1]连续小推力航天器的深空探测轨道优化方法综述[J]. 李俊峰,蒋方华. 力学与实践. 2011(03)
[2]小推力深空探测轨道全局优化设计[J]. 黄国强,南英,陆宇平. 航空学报. 2010(07)
本文编号：3075609
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