載人登月轉移軌道偏差傳播分析與中途修正方法研究.pdf

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

2、道參數(shù)整體特性進行了分析。首先對比驗證了圓錐曲線拼接法、多圓錐截線法和高精度動力學模型差異，提出了基于差分進化算法(Differential Evolution,DE）和內點罰函數(shù)法（Interior Point Penalty Fucntion,IPPF）與不同動力學模型相結合的單條軌道串行優(yōu)化求解策略，應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，特別是月面可達范圍特性，為載人登月軌道優(yōu)化設計、月面著陸選址、任務總體設計

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

4、標稱軌道數(shù)據(jù)的偏差傳播機理分析方法，最后建立了會合坐標系中簡化動力學模型，求解了自由返回軌道偏差傳播特性。
　　應用NSGA-II算法求解了中途修正最優(yōu)策略，并對Breakwell的間距比策略進行改進，提出了首個測控區(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優(yōu)化問題（Multiple Objective Optimization Problem,MOOP），然后應用NSGA-II求解了單次中途修正最優(yōu)時機和首末兩

5、次中途修正最優(yōu)時機，最后提出了首個測控區(qū)間雙脈沖聯(lián)合修正策略，對Breakwell的間距比策略進行改進，仿真結果驗證了改進的有效性。
　　結合本文提出的基于標稱軌道數(shù)據(jù)的偏差傳播矩陣求解方法，推導了基于狀態(tài)變量的攝動制導方法，提出了基于局部優(yōu)化算法的中途修正制導方法，最后簡述了基于Matlab_GUI技術的轉移軌道引導分系統(tǒng)工程開發(fā)應用。首先用數(shù)學語言描述了轉移軌道中途修正制導問題，推導了飛行狀態(tài)變量的攝動制導公式，并結合偏差傳播

6、矩陣，得到一種簡單易行的攝動制導方法。結合局部優(yōu)化算法，提出了一種簡單易行的中途修正制導算法，并比較了常見三種局部優(yōu)化算法在該問題的適用性，得到內點罰函數(shù)法略優(yōu)的結論。最后簡述了作者應用Matlab_GUI開發(fā)某探月飛行器地面引導控制分系統(tǒng)情況。
　　論文主要針對載人登月轉移軌道優(yōu)化設計、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方法等展開研究，形成了初步的研究思路。針對特定問題，提出了一些實用方法，并將結合某