空间交会远程导引变轨任务规划

发布时间：2017-05-07 18:05

  本文关键词：空间交会远程导引变轨任务规划，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 交会对接技术是我国载人航天工程二期需要掌握的关键技术,远程导引变轨任务规划是交会对接轨道设计与控制的关键问题之一。本文以解决远程导引轨道设计与控制问题为目的,系统研究了远程导引变轨任务事前规划、实时规划及轨道重构规划问题,主要研究成果如下: 研究了考虑工程实际约束的远程导引变轨任务事前规划策略。1)根据Gauss摄动方程特性制定了特殊点变轨方案,通过对设计变量进行分组,提出了粗求解器与细求解器组合的简单迭代求解策略;2)基于近圆偏差线性方程提出了综合变轨两层规划模型,上层问题采用了并行模拟退火算法与序列二次规划算法相结合的混合求解策略,下层问题使用了基于可行域最速下降的线性迭代求解策略;3)通过将轨道圆化机动执行位置增加为设计变量,制定了修正特殊点变轨方案,并提出了两种不同的求解策略,包括非线性数值规划求解策略和基于近圆偏差线性方程非线性解的迭代求解策略。通过对摄动轨道远程导引问题的求解,测试和验证了提出的三种事前规划策略。 研究了减小轨道偏差影响的远程导引变轨任务实时规划策略。1)应用试验设计方法分析了远程导引主要误差影响的敏感度,并使用近圆偏差线性方程对分析结果进行了解释;2)根据误差对终端条件的影响关系及各变轨方案的特点,制定了特殊点变轨实时规划方案并提出了简单迭代求解策略,制定了综合变轨实时规划方案并提出了线性迭代求解策略,制定了修正特殊点变轨实时规划方案并提出了基于线性迭代和非线性数值规划的求解策略;3)采用Monte Carlo仿真分析了综合变轨和修正特殊点变轨在误差影响下的终端精度。仿真结果表明根据设计的实时规划策略,两种变轨策略均可获得较高的终端精度,综合变轨终端相对位置精度与修正特殊点变轨相近,终端相对速度精度略好于修正特殊点变轨。 研究了远程导引变轨故障后轨道重构规划策略。1)分析了远程导引变轨故障后轨道重构的主要约束条件,提出了轨道重构设计原则;2)对无推力方向限制的重构任务提出了基于多圈Lambert交会算法的迭代求解策略,对有推力方向限制的重构任务提出了基于相位估计的非线性数值规划求解策略。通过对一个发动机开启/关闭故障后轨道重构问题的求解,测试和验证了提出的求解策略。 开发了远程导引变轨任务规划软件。根据面向对象的程序设计思想,采用标准C++语言编码,在Visual C++ 6.0环境下开发了集成论文研究成果的远程导引变轨任务规划软件。 论文的研究从远程导引问题本身特性出发,根据变轨任务事前规划、实时规划和变轨故障后轨道重构规划特点,提出了系统的求解策略。论文的研究成果具有一定的理论和实践价值,在我国载人航天二期交会对接轨道方案设计中得到了较充分的应用。
【关键词】：交会对接 载人航天 远程导引 轨道机动 实时规划 故障 规划软件
【学位授予单位】：国防科学技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：V412.41
【目录】：

• 摘要10-12
• ABSTRACT12-14
• 第一章 绪论14-28
• 1.1 研究背景14-17
• 1.1.1 交会对接技术14
• 1.1.2 交会对接工程实践发展概况14-16
• 1.1.3 远程导引段16-17
• 1.2 远程导引变轨任务规划17-19
• 1.2.1 工程实际约束条件17-18
• 1.2.2 变轨任务规划研究内容18-19
• 1.3 远程导引变轨任务规划研究现状19-26
• 1.3.1 理论研究19-21
• 1.3.2 工程实际研究21-25
• 1.3.3 变轨任务规划软件25-26
• 1.4 本文的主要研究内容26-28
• 第二章 远程导引变轨任务规划模型及规划算法28-41
• 2.1 引言28
• 2.2 动力学模型28-36
• 2.2.1 参考坐标系28-29
• 2.2.2 绝对轨道动力学29-30
• 2.2.3 相对轨道动力学30-36
• 2.3 变轨任务规划模型36-38
• 2.3.1 设计变量37
• 2.3.2 约束条件37-38
• 2.3.3 目标函数38
• 2.4 规划算法38-39
• 2.4.1 牛顿迭代法38-39
• 2.4.2 序列二次规划算法39
• 2.5 小结39-41
• 第三章 变轨任务事前规划41-59
• 3.1 引言41
• 3.2 特殊点变轨41-47
• 3.2.1 变轨方案41-43
• 3.2.2 规划模型43-44
• 3.2.3 求解策略44-45
• 3.2.4 仿真算例45-47
• 3.3 综合变轨47-54
• 3.3.1 变轨方案48
• 3.3.2 规划模型48
• 3.3.3 求解策略48-50
• 3.3.4 参考轨道50-51
• 3.3.5 仿真算例51-54
• 3.4 修正特殊点变轨54-58
• 3.4.1 变轨方案54
• 3.4.2 规划模型54
• 3.4.3 求解策略54-56
• 3.4.4 仿真算例56-58
• 3.5 小结58-59
• 第四章 变轨任务实时规划59-75
• 4.1 引言59
• 4.2 主要误差因素及误差影响敏感度分析59-68
• 4.2.1 主要误差因素及仿真模型59-64
• 4.2.2 基于试验设计的误差影响敏感度分析64-68
• 4.3 实时规划问题及应用过程68
• 4.3.1 实时规划问题描述68
• 4.3.2 实时规划应用过程68
• 4.4 实时规划策略68-71
• 4.4.1 特殊点变轨实时规划策略69-70
• 4.4.2 综合变轨实时规划策略70
• 4.4.3 修正特殊点变轨实时规划策略70-71
• 4.5 仿真算例71-74
• 4.5.1 问题配置71-72
• 4.5.2 计算结果72-74
• 4.6 小结74-75
• 第五章 变轨故障后轨道重构规划75-84
• 5.1 引言75
• 5.2 交会变轨故障及故障后轨道类型75-76
• 5.2.1 交会变轨故障75
• 5.2.2 故障后轨道类型75-76
• 5.3 故障后轨道重构方案设计76-78
• 5.3.1 约束分析76-77
• 5.3.2 方案设计原则77-78
• 5.4 轨道重构规划求解策略78-80
• 5.4.1 基于多圈Lambert 交会算法的迭代求解策略78-79
• 5.4.2 基于相位估计的非线性数值规划求解策略79-80
• 5.5 仿真算例80-83
• 5.5.1 问题配置81
• 5.5.2 计算结果81-83
• 5.6 小结83-84
• 第六章 远程导引变轨任务规划软件84-91
• 6.1 引言84
• 6.2 软件设计84-87
• 6.2.1 需求分析84-85
• 6.2.2 模块设计85
• 6.2.3 核心类设计85-87
• 6.3 软件实现87-88
• 6.3.1 编码87
• 6.3.2 测试87-88
• 6.4 软件使用88-90
• 6.5 小结90-91
• 结束语91-93
• 论文的主要研究成果91-92
• 进一步工作的展望92-93
• 致谢93-94
• 参考文献94-98
• 作者在学期间取得的学术成果98

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 伍升钢;侯黎强;张智斌;谭炜;李恒年;;交会对接远程导引轨道控制状态规划与优化算法[J];飞行器测控学报;2012年04期

2 姚新;;无人机提高目标定位精度方法研究[J];舰船电子工程;2011年10期

3 黄文虎;曹登庆;韩增尧;;航天器动力学与控制的研究进展与展望[J];力学进展;2012年04期

中国重要会议论文全文数据库 前1条

1 孙海忠;何伟平;高升华;朱海洋;;基于中继卫星支持的交会对接远程导引变轨设计与仿真[A];Proceedings of 14th Chinese Conference on System Simulation Technology & Application(CCSSTA’2012)[C];2012年

中国硕士学位论文全文数据库 前4条

1 林鲲鹏;空间站运营总体任务规划技术研究[D];国防科学技术大学;2010年

2 周婷;空间交会接近段联合机动及燃料优化问题研究[D];清华大学;2010年

3 刘富荣;空间交会寻的段自主变轨故障后地面处理策略研究[D];清华大学;2010年

4 沈红新;载人登月定点返回轨道问题研究[D];国防科学技术大学;2009年

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本文编号：350320