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载人登月转移轨道偏差传播分析与中途修正方法研究 |
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【摘要】：载人登月转移轨道是载人登月任务关键技术之一,目前基于Apollo方案的载人登月转移轨道设计方法和特性研究比较成熟,但对转移轨道偏差传播分析和中途修正精确制导方法还须深入研究。本文以载人登月转移轨道为对象,从偏差传播分析方法、中途修正最优策略和制导方法三个方面进行了一定深度的研究,对载人登月转移轨道精确控制方法进行了一定程度的完善,主要工作内容如下:基于不同优化算法串行求解单条载人登月转移轨道方法,并对多条自由返回轨道、混合轨道参数整体特性进行了分析。首先对比验证了圆锥曲线拼接法、多圆锥截线法和高精度动力学模型差异,提出了基于差分进化算法(Differential Evolution,DE)和内点罚函数法(Interior Point Penalty Fucntion,IPPF)与不同动力学模型相结合的单条轨道串行优化求解策略,应用圆锥曲线拼接法仿真得到自由返回轨道和混合轨道参数特性,特别是月面可达范围特性,为载人登月轨道优化设计、月面着陆选址、任务总体设计等提供借鉴。提出了基于标称轨道数据的偏差传播机理分析方法,并基于不定变换(Unscented Transform,UT)思想求解了转移轨道偏差传播问题,初步分析了会合坐标系中自由返回轨道偏差传播特性。首先通过Monte-Carlo统计方法,初步分析了转移轨道偏差传播增益,提出了只需少数特定?点不定变换的UTCAM(Unscented Transform Covariance Analysis Method)方法,还提出了基于标称轨道数据的偏差传播机理分析方法,最后建立了会合坐标系中简化动力学模型,求解了自由返回轨道偏差传播特性。应用NSGA-II算法求解了中途修正最优策略,并对Breakwell的间距比策略进行改进,提出了首个测控区间双脉冲联合修正策略。首先将中途修正最优策略用抽象为多目标优化问题(Multiple Objective Optimization Problem,MOOP),然后应用NSGA-II求解了单次中途修正最优时机和首末两次中途修正最优时机,最后提出了首个测控区间双脉冲联合修正策略,对Breakwell的间距比策略进行改进,仿真结果验证了改进的有效性。结合本文提出的基于标称轨道数据的偏差传播矩阵求解方法,推导了基于状态变量的摄动制导方法,提出了基于局部优化算法的中途修正制导方法,最后简述了基于Matlab_GUI技术的转移轨道引导分系统工程开发应用。首先用数学语言描述了转移轨道中途修正制导问题,推导了飞行状态变量的摄动制导公式,并结合偏差传播矩阵,得到一种简单易行的摄动制导方法。结合局部优化算法,提出了一种简单易行的中途修正制导算法,并比较了常见三种局部优化算法在该问题的适用性,得到内点罚函数法略优的结论。最后简述了作者应用Matlab_GUI开发某探月飞行器地面引导控制分系统情况。论文主要针对载人登月转移轨道优化设计、特殊轨道整体规律、偏差传播分析方法、最优修正策略和中途修正制导方法等展开研究,形成了初步的研究思路。针对特定问题,提出了一些实用方法,并将结合某任务背景,在工程实际中验证了一部分成果。
【关键词】：载人登月 转移轨道 偏差传播分析 中途修正策略 中途修正制导
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：V412.41
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