[發明專利]一種攝動軌道四脈沖交會快速優化方法

在審

• 申請號: 202010052133.9
• 申請日: 2020-01-17
• 公開（公告）號: CN111268176A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發明（設計）人: 羅亞中;黃岸毅;李恒年;伍升鋼;張進;楊震
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍國防科技大學
• 主分類號: B64G1/24
• 分類號: B64G1/24
• 代理公司: 長沙國科天河知識產權代理有限公司 43225
• 代理人: 徐志宏

1.一種攝動軌道四脈沖交會快速優化方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，根據航天器和目標的已知條件，通過以消除交會時刻軌道根數差為優化結果的控制模型獲得控制量和最小速度增量；

按照將一部分控制量和速度增量轉換為兩個間隔固定的脈沖控制航天器在軌道第一圈運行時改變軌道根數；將剩余控制量和速度增量轉換為另外兩個間隔固定周期的脈沖控制航天器在軌道最后一圈運行時完成交會；估算四個脈沖的大小及徑向、切向、法向三個方向的分量；

步驟2，建立四脈沖交會優化模型，前兩個脈沖的時刻和大小按照步驟1的估計值在附近鄰域取值，后兩個脈沖根據實際軌道遞推結果重新計算；

步驟3，將解析攝動動力學模型替換為全攝動精確動力學模型，以解析動力學模型最優解為初值，重新求解步驟2，即可得到精確動力學模型下的四脈沖交會最優解；

所述步驟2采用差分進化算法優化四脈沖交會優化模型；

所述步驟2包括：

步驟21，將步驟1獲得的四脈沖估計值直接施加到航天器上，并遞推軌道至已知的交會時刻，根據遞推軌道與目標軌道存在偏差定義速度增量的局部搜索范圍系數和控制量的局部搜索范圍系數；

步驟22，通過脈沖交會的時間與航天器相位及航天器交會時軌道角速度建立的尋優模型，確定四個脈沖的時刻；

步驟23，通過考慮攝動的Lambert算法計算后兩個脈沖的大小；

所述步驟21包括：

步驟211，步驟1獲得的四脈沖估計值分別為：Δv₁,Δv₂,Δv₃,Δv₄，相位角分別是：u₁,u₂,u₃,u₄，其中u₁,u₂為在交會任務開始后的第一圈，u₃,u₄為在交會任務開始后的最后一圈；

步驟212，將四個脈沖直接施加到航天器上并遞推軌道至時刻t_f，與目標軌道會存在偏差，定義四個系數[x₁ x₂ x₃ x₄]在局部搜索，其中x₁,x₂,x₃分別表示對速度增量的切向分量、法向分量和徑向分量的局部搜索范圍系數，x₄表示步驟1中對應偏心率控制量的局部搜索范圍系數；

步驟213，將Δv₁、Δv₂改變為：

其中Δa為轉移起始時刻航天器軌道半長軸的變化量，Δi為轉移起始時刻航天器軌道傾角變化量，ΔΩ為轉移起始時刻航天器升交點赤經變化量，Δv_r為需要額外的徑向控制量，a₁為預先給定的半長軸局部改變量上限，k₀為控制量對航天器軌道偏心率的改變量系數，i為軌道傾角，為航天器平均軌道速度，a表示軌道半長軸，μ為地球引力常數。