[發(fā)明專利]一種攝動(dòng)軌道四脈沖交會(huì)快速優(yōu)化方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010052133.9
• 申請(qǐng)日: 2020-01-17
• 公開（公告）號(hào): CN111268176A
• 公開（公告）日: 2020-06-12
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 羅亞中;黃岸毅;李恒年;伍升鋼;張進(jìn);楊震
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)人民解放軍國(guó)防科技大學(xué)
• 主分類號(hào): B64G1/24
• 分類號(hào): B64G1/24
• 代理公司: 長(zhǎng)沙國(guó)科天河知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理有限公司 43225
• 代理人: 徐志宏

本發(fā)明公開一種攝動(dòng)軌道四脈沖交會(huì)快速優(yōu)化方法，包括：根據(jù)航天器和目標(biāo)的已知條件，通過以消除交會(huì)時(shí)刻軌道根數(shù)差為優(yōu)化結(jié)果的控制模型獲得控制量和最小速度增量；根據(jù)控制量和速度增量建立四脈沖交會(huì)優(yōu)化模型，前兩個(gè)脈沖的時(shí)刻和大小按照上述步驟的估計(jì)值在附近鄰域取值，后兩個(gè)脈沖根據(jù)實(shí)際軌道遞推結(jié)果重新計(jì)算；將解析攝動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型替換為全攝動(dòng)精確動(dòng)力學(xué)模型，以解析動(dòng)力學(xué)模型最優(yōu)解為初值，重新求解，即可得到精確動(dòng)力學(xué)模型下的四脈沖交會(huì)最優(yōu)解。解決現(xiàn)有技術(shù)中計(jì)算速度低等問題，實(shí)現(xiàn)提高計(jì)算效率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及航天導(dǎo)航控制技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種攝動(dòng)軌道四脈沖交會(huì)快速優(yōu)化方法。

背景技術(shù)

在近地軌道上，地球非球形引力攝動(dòng)和大氣阻力等是最主要的攝動(dòng)項(xiàng)。在進(jìn)行脈沖交會(huì)軌道優(yōu)化時(shí)，必須考慮攝動(dòng)項(xiàng)的影響，但相應(yīng)的軌道積分計(jì)算量比二體解析動(dòng)力學(xué)模型顯著增加。此外，現(xiàn)有的軌道交會(huì)最優(yōu)速度增量求解方法缺少合理初值設(shè)置，使用進(jìn)化算法時(shí)需搜索的解空間范圍大，計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)，尤其當(dāng)交會(huì)轉(zhuǎn)移時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)收斂很慢。現(xiàn)有算法多使用解析攝動(dòng)模型，但優(yōu)化計(jì)算速度仍不理想，且與精確動(dòng)力學(xué)模型有一定差距。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供一種攝動(dòng)軌道四脈沖交會(huì)快速優(yōu)化方法，用于克服現(xiàn)有技術(shù)中計(jì)算時(shí)間長(zhǎng)、收斂慢等缺陷，實(shí)現(xiàn)迭代模型的精確化，提高計(jì)算效率。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供一種攝動(dòng)軌道四脈沖交會(huì)快速優(yōu)化方法，包括以下步驟：

步驟1，根據(jù)航天器和目標(biāo)的已知條件，通過以消除交會(huì)時(shí)刻軌道根數(shù)差為優(yōu)化結(jié)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(zhuǎn)換為兩個(gè)間隔固定周期的脈沖控制航天器在軌道第一圈運(yùn)行時(shí)改變軌道根數(shù)；將剩余控制量和速度增量轉(zhuǎn)換為另外兩個(gè)間隔固定周期的脈沖控制航天器在軌道最后一圈運(yùn)行時(shí)完成交會(huì)；估算四個(gè)脈沖的大小及徑向、切向、法向三個(gè)方向的分量；

步驟2，建立四脈沖交會(huì)優(yōu)化模型，前兩個(gè)脈沖的時(shí)刻和大小按照步驟1的估計(jì)值在附近鄰域取值，后兩個(gè)脈沖根據(jù)實(shí)際軌道遞推結(jié)果重新計(jì)算；

步驟3，將解析攝動(dòng)動(dòng)力學(xué)模型替換為全攝動(dòng)精確動(dòng)力學(xué)模型，以解析動(dòng)力學(xué)模型最優(yōu)解為初值，重新求解步驟2，即可得到精確動(dòng)力學(xué)模型下的四脈沖交會(huì)最優(yōu)解。

本發(fā)明提供的攝動(dòng)軌道四脈沖交會(huì)快速優(yōu)化方法，適用于升交點(diǎn)赤經(jīng)差較大而其它軌道根數(shù)較為接近的軌道交會(huì)優(yōu)化問題。本方法首先可根據(jù)航天器與交會(huì)目標(biāo)軌道根數(shù)差值和固定的轉(zhuǎn)移時(shí)間，采用估計(jì)方法為四脈沖交會(huì)優(yōu)化提供合理的初值，然后設(shè)計(jì)一種快速獲得精確解的迭代模型通過局部搜索獲得四脈沖交會(huì)最優(yōu)解，使用較少的優(yōu)化變量即可得到精確的四脈沖最優(yōu)解；解決了傳統(tǒng)多脈沖交會(huì)優(yōu)化算法中轉(zhuǎn)移時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)動(dòng)力學(xué)遞推計(jì)算量大，收斂緩慢的問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，還可以根據(jù)這些附圖示出的結(jié)構(gòu)獲得其他的附圖。

圖1為發(fā)明提出的攝動(dòng)軌道四脈沖交會(huì)快速優(yōu)化方法的流程圖。

本發(fā)明目的的實(shí)現(xiàn)、功能特點(diǎn)及優(yōu)點(diǎn)將結(jié)合實(shí)施例，參照附圖做進(jìn)一步說明。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例。基于本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

需要說明，本發(fā)明實(shí)施例中所有方向性指示(諸如上、下、左、右、前、后……)僅用于解釋在某一特定姿態(tài)(如附圖所示)下各部件之間的相對(duì)位置關(guān)系、運(yùn)動(dòng)情況等，如果該特定姿態(tài)發(fā)生改變時(shí)，則該方向性指示也相應(yīng)地隨之改變。