基于序优化理论的三脉冲交会燃料寻优

多数交会燃料寻优是基于"线性化相对运动方程(即Hill方程)"求解"最优"燃料消耗的框架进行的,当相对距离较远时,这种方法精度很低,优化得到的控制量无法满足终端精度要求。以寻的段三脉冲燃料优化为例,以搜索的方法进行控制参数寻优,此时搜索空间较大;通过引入"序优化"思想,有效缩小搜索空间,提高搜索效率,求解得到"足够好"的燃料消耗,并给出适合工程实现的燃料优化步骤。仿真结果表明由此得到的控制参数可以满足终端精度要求,且计算量很小。

一种多约束条件下的三脉冲交会优化设计方法

针对空间快速接近定点观测任务,研究了具有交会时间和转移路径约束的多约束条件下的共面圆轨道间远距离三脉冲最优交会问题,将Hill制导方法与粒子群算法相结合求解转移路径点以及转移时机的最优解。在求解过程中,提出一种等价变换的方法,将原始待求量转化为一组新的相互独立的待求变量,将原始的各约束项转化为易描述和处理的搜索空间边界条件,为完成算法的初始化过程带来了便利,使得算法设计过程更为简洁。最后,给出了两组三脉冲最优交会仿真实验,仿真结果不仅验证了所提算法的有效性,而且表明,相对于常规的设置惩罚项处理约束的方法,采用本文所提出的等价变换方法处理约束项后,算法表现出更强大的搜索能力及更好的稳定性。

三脉冲最优交会问题的解法

针对两航天器交会问题,研究了燃料最省的三脉冲交会方法。推导了存在端点滑行段和不存在端点滑行段两种三脉冲最优解的充要条件,并给出相应的解法。三脉冲最优解的求解采用多变量迭代的方法;对于存在端点滑行段的三脉冲最优解的求解,利用四脉冲最优解的对称性,减少迭代变量的数量,降低了计算量。通过数值仿真验证了本文解法的正确性和有效性。仿真结果的分析表明,对于给定的初始状态,在某些时间段内没有双脉冲和四脉冲最优解,只存在三脉冲最优解,而且三脉冲最优交会是一种对燃料和时间都比较合理的交会方法。