載人登月轉(zhuǎn)移軌道偏差傳播分析與中途修正方法研究.pdf

1、載人登月轉(zhuǎn)移軌道是載人登月任務(wù)關(guān)鍵技術(shù)之一，目前基于Apollo方案的載人登月轉(zhuǎn)移軌道設(shè)計(jì)方法和特性研究比較成熟，但對(duì)轉(zhuǎn)移軌道偏差傳播分析和中途修正精確制導(dǎo)方法還須深入研究。本文以載人登月轉(zhuǎn)移軌道為對(duì)象，從偏差傳播分析方法、中途修正最優(yōu)策略和制導(dǎo)方法三個(gè)方面進(jìn)行了一定深度的研究，對(duì)載人登月轉(zhuǎn)移軌道精確控制方法進(jìn)行了一定程度的完善，主要工作內(nèi)容如下：
　　基于不同優(yōu)化算法串行求解單條載人登月轉(zhuǎn)移軌道方法，并對(duì)多條自由返回軌道、混合軌

2、道參數(shù)整體特性進(jìn)行了分析。首先對(duì)比驗(yàn)證了圓錐曲線拼接法、多圓錐截線法和高精度動(dòng)力學(xué)模型差異，提出了基于差分進(jìn)化算法(Differential Evolution,DE）和內(nèi)點(diǎn)罰函數(shù)法（Interior Point Penalty Fucntion,IPPF）與不同動(dòng)力學(xué)模型相結(jié)合的單條軌道串行優(yōu)化求解策略，應(yīng)用圓錐曲線拼接法仿真得到自由返回軌道和混合軌道參數(shù)特性，特別是月面可達(dá)范圍特性，為載人登月軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)、月面著陸選址、任務(wù)總體設(shè)計(jì)

3、等提供借鑒。
　　提出了基于標(biāo)稱軌道數(shù)據(jù)的偏差傳播機(jī)理分析方法，并基于不定變換（Unscented Transform,UT）思想求解了轉(zhuǎn)移軌道偏差傳播問題，初步分析了會(huì)合坐標(biāo)系中自由返回軌道偏差傳播特性。首先通過Monte-Carlo統(tǒng)計(jì)方法，初步分析了轉(zhuǎn)移軌道偏差傳播增益，提出了只需少數(shù)特定?點(diǎn)不定變換的UTCAM（Unscented Transform Covariance Analysis Method）方法，還提出了基于

4、標(biāo)稱軌道數(shù)據(jù)的偏差傳播機(jī)理分析方法，最后建立了會(huì)合坐標(biāo)系中簡(jiǎn)化動(dòng)力學(xué)模型，求解了自由返回軌道偏差傳播特性。
　　應(yīng)用NSGA-II算法求解了中途修正最優(yōu)策略，并對(duì)Breakwell的間距比策略進(jìn)行改進(jìn)，提出了首個(gè)測(cè)控區(qū)間雙脈沖聯(lián)合修正策略。首先將中途修正最優(yōu)策略用抽象為多目標(biāo)優(yōu)化問題（Multiple Objective Optimization Problem,MOOP），然后應(yīng)用NSGA-II求解了單次中途修正最優(yōu)時(shí)機(jī)和首末兩

5、次中途修正最優(yōu)時(shí)機(jī)，最后提出了首個(gè)測(cè)控區(qū)間雙脈沖聯(lián)合修正策略，對(duì)Breakwell的間距比策略進(jìn)行改進(jìn)，仿真結(jié)果驗(yàn)證了改進(jìn)的有效性。
　　結(jié)合本文提出的基于標(biāo)稱軌道數(shù)據(jù)的偏差傳播矩陣求解方法，推導(dǎo)了基于狀態(tài)變量的攝動(dòng)制導(dǎo)方法，提出了基于局部?jī)?yōu)化算法的中途修正制導(dǎo)方法，最后簡(jiǎn)述了基于Matlab_GUI技術(shù)的轉(zhuǎn)移軌道引導(dǎo)分系統(tǒng)工程開發(fā)應(yīng)用。首先用數(shù)學(xué)語言描述了轉(zhuǎn)移軌道中途修正制導(dǎo)問題，推導(dǎo)了飛行狀態(tài)變量的攝動(dòng)制導(dǎo)公式，并結(jié)合偏差傳播

6、矩陣，得到一種簡(jiǎn)單易行的攝動(dòng)制導(dǎo)方法。結(jié)合局部?jī)?yōu)化算法，提出了一種簡(jiǎn)單易行的中途修正制導(dǎo)算法，并比較了常見三種局部?jī)?yōu)化算法在該問題的適用性，得到內(nèi)點(diǎn)罰函數(shù)法略優(yōu)的結(jié)論。最后簡(jiǎn)述了作者應(yīng)用Matlab_GUI開發(fā)某探月飛行器地面引導(dǎo)控制分系統(tǒng)情況。
　　論文主要針對(duì)載人登月轉(zhuǎn)移軌道優(yōu)化設(shè)計(jì)、特殊軌道整體規(guī)律、偏差傳播分析方法、最優(yōu)修正策略和中途修正制導(dǎo)方法等展開研究，形成了初步的研究思路。針對(duì)特定問題，提出了一些實(shí)用方法，并將結(jié)合某