基于神经网络的小行星着陆轨迹在线规划方法
发布时间：2021-11-07 13:50
自20世纪以来小行星探测任务方兴未艾,世界各主要国家及组织均实施或规划了小行星探测任务中国国家航天局也提出了中国未来几十年的小行星探测计划。小行星探测任务已成为国际竞争的重要表现形式,可以彰显出中国自改革开放以来不断提高的国家科技实力。同时,小行星探测任务也有利于人类进一步了解太阳系的形成和演化,有利于人类进一步了解自然。本文建立了小行星引力场神经网络模型,对探测器着陆轨迹进行优化,并提出了着陆轨迹快速规划方法及自主着陆控制方法。首先,本章在多面体模型的基础上,利用BP神经网络建立了引力场神经网络模型,提高了计算效率。此外,详细介绍了探测器受扰情况下的三维动力学模型。此后,本章对直接法和间接法进行了详细的介绍,并利用伪谱-同伦混合方法解决了强非线性引力场情况下轨迹优化问题,生成了状态初值与协状态初值相对应的数据集。然后,分别利用BP神经和ELM神经网络对状态初值与协状态初值间存在的对应关系进行了拟合,并比较了两种网络计算效率和拟合精度。最后,在之前工作的基础上,提出了小行星软着陆自主控制方法。即生成对应不同着陆时间的状态&协状态拟合的神经网络,在探测器着陆过程中,每隔一段时间对...
【文章来源】： 哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：74 页
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 课题研究背景
1.1.2 课题研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 轨迹规划方法研究现状
1.2.2 神经网络算法发展研究
1.2.3 着陆制导方法研究现状
1.3 本文主要研究内容及章节安排
第2章 小行星引力场及动力学建模
2.1 引言
2.2 常用坐标系
2.3 小行星引力场模型
2.3.1 球谐函数模型
2.3.2 多面体模型
2.4 BP神经网络
2.4.1 前馈计算方法
2.4.2 系数反馈调整方法
2.5 引力场神经网络建模
2.5.1 引力场神经网络建模方法
2.5.2 建模精度分析
2.6 扰动力学模型
2.7 三维动力学模型
2.8 本章小结
第3章 小行星软着陆轨迹优化方法
3.1 引言
3.2 任务分析
3.3 伪谱法(SQP方法)
3.3.1 Lagrange插值与高斯积分
3.3.2 基于gauss积分求解Lagrange插值
3.3.3 微分矩阵及KKT条件
3.3.4 伪谱法用于动态优化
3.4 间接法
3.4.1 极大值原理
3.4.2 两点边值问题
3.4.3 打靶法与牛顿迭代法
3.4.4 同伦方法
3.4.5 伪谱-同伦混合轨迹优化求解方法
3.5 轨迹优化仿真
3.6 轨迹优化簇仿真
3.7 本章小结
第4章 小行星软着陆轨迹自主规划方法
4.1 引言
4.2 方法设计
4.3 软着陆轨迹快速规划方法
4.3.1 ELM神经网络
4.3.2 基于BP神经网络的轨迹规划方法
4.3.3 基于ELM神经网络的轨迹规划方法
4.4 软着陆轨迹自主制导控制方法
4.4.1 受扰动下探测器轨迹着陆仿真
4.4.2 受扰动下探测器软着陆蒙特卡罗仿真
4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]小行星探测:让我国从航天大国走向强国 [J]. 红外. 2017(08)
[2]考虑跟踪制导的小天体着陆轨迹闭环优化方法 [J]. 胡海静,高艾,朱圣英,崔平远. 宇航学报. 2015(12)
[3]基于Terminal滑模的小行星探测器着陆连续控制 [J]. 刘克平,曾建鹏,赵博,李元春. 北京航空航天大学学报. 2014(10)
[4]不规则形状小行星引力环境建模及球谐系数求取方法 [J]. 张振江,崔祜涛,任高峰. 航天器环境工程. 2010(03)
[5]着陆小行星的滑模变结构控制 [J]. 李爽,崔平远. 宇航学报. 2005(06)
[6]附着小行星的视线制导规律 [J]. 崔祜涛,史雪岩,崔平远,李傲霜. 空间科学学报. 2002(03)
[7]软着陆小行星的制导与控制规律研究 [J]. 崔祜涛,史雪岩,崔平远,李傲霜. 飞行力学. 2002(02)
[8]月球最优软着陆两点边值问题的数值解法 [J]. 王大轶,李铁寿,马兴瑞. 航天控制. 2000(03)
博士论文
[1]基于操作性条件反射的神经网络自适应控制[D]. 贾梓筠.北京交通大学 2017
[2]探测器盘旋/软着陆小天体的自主最优制导与滑模控制方法研究[D]. 张鹏.吉林大学 2016
[3]基于极限学习的系统辨识方法及应用研究[D]. 杨易旻.湖南大学 2013
硕士论文
[1]小行星附着轨迹优化设计与制导方法研究[D]. 谭浩.哈尔滨工业大学 2016
[2]小行星软着陆动力下降段制导与控制方法研究[D]. 李晓宇.哈尔滨工业大学 2015
[3]小行星探测器动力下降段的控制方法研究[D]. 马天豪.长春工业大学 2015
本文编号：3481967
【文章来源】： 哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校
【文章页数】：74 页
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 研究背景与意义
1.1.1 课题研究背景
1.1.2 课题研究意义
1.2 国内外研究现状
1.2.1 轨迹规划方法研究现状
1.2.2 神经网络算法发展研究
1.2.3 着陆制导方法研究现状
1.3 本文主要研究内容及章节安排
第2章 小行星引力场及动力学建模
2.1 引言
2.2 常用坐标系
2.3 小行星引力场模型
2.3.1 球谐函数模型
2.3.2 多面体模型
2.4 BP神经网络
2.4.1 前馈计算方法
2.4.2 系数反馈调整方法
2.5 引力场神经网络建模
2.5.1 引力场神经网络建模方法
2.5.2 建模精度分析
2.6 扰动力学模型
2.7 三维动力学模型
2.8 本章小结
第3章 小行星软着陆轨迹优化方法
3.1 引言
3.2 任务分析
3.3 伪谱法(SQP方法)
3.3.1 Lagrange插值与高斯积分
3.3.2 基于gauss积分求解Lagrange插值
3.3.3 微分矩阵及KKT条件
3.3.4 伪谱法用于动态优化
3.4 间接法
3.4.1 极大值原理
3.4.2 两点边值问题
3.4.3 打靶法与牛顿迭代法
3.4.4 同伦方法
3.4.5 伪谱-同伦混合轨迹优化求解方法
3.5 轨迹优化仿真
3.6 轨迹优化簇仿真
3.7 本章小结
第4章 小行星软着陆轨迹自主规划方法
4.1 引言
4.2 方法设计
4.3 软着陆轨迹快速规划方法
4.3.1 ELM神经网络
4.3.2 基于BP神经网络的轨迹规划方法
4.3.3 基于ELM神经网络的轨迹规划方法
4.4 软着陆轨迹自主制导控制方法
4.4.1 受扰动下探测器轨迹着陆仿真
4.4.2 受扰动下探测器软着陆蒙特卡罗仿真
4.5 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间发表的学术论文
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]小行星探测:让我国从航天大国走向强国 [J]. 红外. 2017(08)
[2]考虑跟踪制导的小天体着陆轨迹闭环优化方法 [J]. 胡海静,高艾,朱圣英,崔平远. 宇航学报. 2015(12)
[3]基于Terminal滑模的小行星探测器着陆连续控制 [J]. 刘克平,曾建鹏,赵博,李元春. 北京航空航天大学学报. 2014(10)
[4]不规则形状小行星引力环境建模及球谐系数求取方法 [J]. 张振江,崔祜涛,任高峰. 航天器环境工程. 2010(03)
[5]着陆小行星的滑模变结构控制 [J]. 李爽,崔平远. 宇航学报. 2005(06)
[6]附着小行星的视线制导规律 [J]. 崔祜涛,史雪岩,崔平远,李傲霜. 空间科学学报. 2002(03)
[7]软着陆小行星的制导与控制规律研究 [J]. 崔祜涛,史雪岩,崔平远,李傲霜. 飞行力学. 2002(02)
[8]月球最优软着陆两点边值问题的数值解法 [J]. 王大轶,李铁寿,马兴瑞. 航天控制. 2000(03)
博士论文
[1]基于操作性条件反射的神经网络自适应控制[D]. 贾梓筠.北京交通大学 2017
[2]探测器盘旋/软着陆小天体的自主最优制导与滑模控制方法研究[D]. 张鹏.吉林大学 2016
[3]基于极限学习的系统辨识方法及应用研究[D]. 杨易旻.湖南大学 2013
硕士论文
[1]小行星附着轨迹优化设计与制导方法研究[D]. 谭浩.哈尔滨工业大学 2016
[2]小行星软着陆动力下降段制导与控制方法研究[D]. 李晓宇.哈尔滨工业大学 2015
[3]小行星探测器动力下降段的控制方法研究[D]. 马天豪.长春工业大学 2015
本文编号：3481967
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/hangkongsky/3481967.html
