一种摄动轨道四脉冲交会快速优化方法技术

本发明专利技术公开一种摄动轨道四脉冲交会快速优化方法，包括：根据航天器和目标的已知条件，通过以消除交会时刻轨道根数差为优化结果的控制模型获得控制量和最小速度增量；根据控制量和速度增量建立四脉冲交会优化模型，前两个脉冲的时刻和大小按照上述步骤的估计值在附近邻域取值，后两个脉冲根据实际轨道递推结果重新计算；将解析摄动动力学模型替换为全摄动精确动力学模型，以解析动力学模型最优解为初值，重新求解，即可得到精确动力学模型下的四脉冲交会最优解。解决现有技术中计算速度低等问题，实现提高计算效率。

A fast optimization method for perturbed orbit four pulse rendezvous

【技术实现步骤摘要】
一种摄动轨道四脉冲交会快速优化方法
本专利技术涉及航天导航控制
，具体是一种摄动轨道四脉冲交会快速优化方法。
技术介绍
在近地轨道上，地球非球形引力摄动和大气阻力等是最主要的摄动项。在进行脉冲交会轨道优化时，必须考虑摄动项的影响，但相应的轨道积分计算量比二体解析动力学模型显著增加。此外，现有的轨道交会最优速度增量求解方法缺少合理初值设置，使用进化算法时需搜索的解空间范围大，计算时间长，尤其当交会转移时间较长时收敛很慢。现有算法多使用解析摄动模型，但优化计算速度仍不理想，且与精确动力学模型有一定差距。
技术实现思路
本专利技术提供一种摄动轨道四脉冲交会快速优化方法，用于克服现有技术中计算时间长、收敛慢等缺陷，实现迭代模型的精确化，提高计算效率。为实现上述目的，本专利技术提供一种摄动轨道四脉冲交会快速优化方法，包括以下步骤：步骤1，根据航天器和目标的已知条件，通过以消除交会时刻轨道根数差为优化结果的控制模型获得控制量和最小速度增量；按照将一部分控制量和速度增量转换为两个间隔固定周期的脉冲控制航天器在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种摄动轨道四脉冲交会快速优化方法，其特征在于，包括以下步骤：/n步骤1，根据航天器和目标的已知条件，通过以消除交会时刻轨道根数差为优化结果的控制模型获得控制量和最小速度增量；/n按照将一部分控制量和速度增量转换为两个间隔固定的脉冲控制航天器在轨道第一圈运行时改变轨道根数；将剩余控制量和速度增量转换为另外两个间隔固定周期的脉冲控制航天器在轨道最后一圈运行时完成交会；估算四个脉冲的大小及径向、切向、法向三个方向的分量；/n步骤2，建立四脉冲交会优化模型，前两个脉冲的时刻和大小按照步骤1的估计值在附近邻域取值，后两个脉冲根据实际轨道递推结果重新计算；/n步骤3，将解析摄动动力学模型替换为全摄动...

【技术特征摘要】
1.一种摄动轨道四脉冲交会快速优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1，根据航天器和目标的已知条件，通过以消除交会时刻轨道根数差为优化结果的控制模型获得控制量和最小速度增量；
按照将一部分控制量和速度增量转换为两个间隔固定的脉冲控制航天器在轨道第一圈运行时改变轨道根数；将剩余控制量和速度增量转换为另外两个间隔固定周期的脉冲控制航天器在轨道最后一圈运行时完成交会；估算四个脉冲的大小及径向、切向、法向三个方向的分量；
步骤2，建立四脉冲交会优化模型，前两个脉冲的时刻和大小按照步骤1的估计值在附近邻域取值，后两个脉冲根据实际轨道递推结果重新计算；
步骤3，将解析摄动动力学模型替换为全摄动精确动力学模型，以解析动力学模型最优解为初值，重新求解步骤2，即可得到精确动力学模型下的四脉冲交会最优解。


2.如权利要求1所述的摄动轨道四脉冲交会快速优化方法，其特征在于，所述步骤2采用差分进化算法优化四脉冲交会优化模型。


3.如权利要求2所述的摄动轨道四脉冲交会快速优化方法，其特征在于，所述步骤2包括：
步骤21，将步骤1获得的四脉冲估计值直接施加到航天器上，并递推轨道至已知的交会时刻，根据递推轨道与目标轨道存在偏差定义速度增量的局部搜索范围系数和控制量的局部搜索范围系数；
步骤22，通过脉冲交会的时间与航天器相位及航天器交会时轨道角速度建立的寻优模型，确定四个脉冲的时刻；
步骤23，通过考虑摄动的Lambert算法计算后两个脉冲的大小。


4.如权利要求3所述的摄动轨道四脉冲交会快速优化方法，其特征在于，所述步骤21包括：
步骤211，步骤1获得的四脉冲估计值分别为：Δv1,Δv2,Δv3,Δv4，相位角分别是：u1,u2,u3,u4，其中u1,u2为在交会任务开始后的第一圈，u3,u4为在交会任务开始后的最后一圈；
步骤212，将四个脉冲直接施加到航天器上并递推轨道至时刻tf，与目标轨道会存在偏差，定义四个系数[x1x2x3x4]在局部搜索，其中x1,x2,x3分别表示对速度增量的切向分量、法向分量和径向分量的局部搜索范围系数，x4表示步骤1中对应偏心率控制量的局部搜索范围系数；
步骤213，将Δv1、Δv2改变为：



其中Δa为转移起始时刻航天器轨道半长轴的变化量，Δi为转移起始时刻航天器轨道倾角变化量，ΔΩ为转移起始时刻航天器升交点赤经变化量，Δvr为需要额外的径向控制量，a1为预先给定的半长轴局部改变量上限，k0为控制量对航天器轨道偏心率的改变量系数，i为轨道倾角，为航天器平均轨道速度。


5.如权利要求4所述的摄动轨道四脉冲交会快速优化方法，其特征在于，所述步骤22包括：
步骤221，把航天器轨道根数递推到交会控制开始时刻tf-Δt，设为[as,es,is,Ωs,ωs,Ms]，则该时刻相位为u＝ωs+Ms，由于脉冲Δv1的相位是u1，则可知脉冲Δv1相对交会开始时刻的时间Δt1为：
Δt1＝mod(u1-u,2π)/n(32)
其中mod表示把u1-u归一化到0和2π之间，为航天器交会开始时的轨道角速度，即交会开始后需要等待Δt1后施加第一个脉冲，由式(31)可知Δv1在航天器轨道坐标系中的三维分量为：



把航天器轨道根数递推到tf-Δt+Δt1时刻，将轨道根数转化为位置速度矢量，在速度上叠加Δv1即得到第一个脉冲后的航天器位置速度矢量，再转换获得轨道根数；
步骤222，由于Δv1和Δv2相位差为u2-u1＝π，因此第二个脉冲和第一个脉冲的间隔时间Δt2为：
Δt2＝π/n1(34)
其中为加入Δv1后航天器新的轨道角速度，即经过Δt2再施加第二个脉冲，由式(31)，Δv2在航天器轨道坐标系中的三维分量为：



然后将航天器在第二个脉冲后的轨道根数递推到tf时刻，设为[af,ef,if,Ωf,ωf,Mf]，将其与目标在同一时刻的轨道根数[at(tf),et(tf),it(tf),Ωt(tf),ωt(tf),Mt(tf)]作差，可得此时的升交点赤经ΔΩf和倾角差Δif；
步骤223，第三、四个脉冲的所在相位u3,u4将变化为：
u3＝atan((Δif...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗亚中，黄岸毅，李恒年，伍升钢，张进，杨震，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南;43