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文檔簡(jiǎn)介
1、“在軌服務(wù)”技術(shù)由于其顯著的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和潛在的軍事應(yīng)用,已成為航天領(lǐng)域的重要發(fā)展方向。在軌服務(wù)任務(wù)規(guī)劃,即研究如何統(tǒng)籌安排所有在軌服務(wù)資源,在最大化滿足用戶需求以及資源充分利用的條件下,制定出最佳的服務(wù)航天器任務(wù)執(zhí)行預(yù)案。針對(duì)在軌服務(wù)任務(wù)規(guī)劃問(wèn)題,本文以建立一套系統(tǒng)的建模與優(yōu)化方法為目標(biāo),深入研究了在軌服務(wù)任務(wù)規(guī)劃模型建模方法,及其在典型任務(wù)中的應(yīng)用與改進(jìn)。全文主要研究成果如下:
1、提出了具有一定通用性的在軌服務(wù)任務(wù)規(guī)劃模型—
2、—HOC任務(wù)規(guī)劃模型。
通過(guò)對(duì)在軌服務(wù)任務(wù)一般流程的分析與總結(jié),指出在軌服務(wù)任務(wù)本質(zhì)上是一個(gè)多空間目標(biāo)交會(huì)任務(wù),其一般流程不外乎是空間交會(huì)和在軌操作的組合。隨后基于混雜優(yōu)化理論建立了多空間目標(biāo)交會(huì)問(wèn)題的HOC任務(wù)規(guī)劃模型,模型對(duì)于“一對(duì)多”以及多數(shù)“多對(duì)多”模式的在軌服務(wù)問(wèn)題具有很好的適用性。
2、針對(duì)空間碎片清理任務(wù),提出了一套系統(tǒng)的建模與優(yōu)化方法,可解決LEO與GEO空間碎片清理任務(wù)規(guī)劃問(wèn)題。
?。?)提
3、出了LEO空間碎片清理任務(wù)規(guī)劃算法??紤]攝動(dòng)、測(cè)控等多個(gè)復(fù)雜約束,針對(duì)LEO空間碎片清理任務(wù)的需求與特點(diǎn),建立了HOC任務(wù)規(guī)劃模型,提出了能夠有效處理復(fù)雜約束的優(yōu)化算法。通過(guò)仿真算例驗(yàn)證了方法的有效性,并總結(jié)出了很多有益結(jié)論,可為任務(wù)的實(shí)際應(yīng)用提供有益參考。
?。?)提出了針對(duì)GEO空間碎片清理的快速任務(wù)規(guī)劃算法。針對(duì)共面GEO空間碎片清理任務(wù)的需求與特點(diǎn),探究了碎片分布與最優(yōu)任務(wù)序列的內(nèi)在關(guān)聯(lián),得出結(jié)論:該空間任務(wù)的最優(yōu)任務(wù)序
4、列是若干逆序排列的目標(biāo)集的組合,且各個(gè)目標(biāo)集中相鄰兩個(gè)目標(biāo)的相位差總是大于某個(gè)閾值。基于這個(gè)規(guī)律,提出了一套快速規(guī)劃算法,可以在較短時(shí)間內(nèi)獲取較為優(yōu)化的碎片清理方案。
(3)提出了多服務(wù)航天器多優(yōu)化目標(biāo)的GEO空間碎片清理任務(wù)規(guī)劃方法??紤]GEO碎片軌道面的差異,以飛行時(shí)間和推進(jìn)劑消耗為優(yōu)化目標(biāo),建立了多目標(biāo)HOC優(yōu)化模型,并提出了與之適應(yīng)的求解算法。通過(guò)對(duì)不同場(chǎng)景的任務(wù)進(jìn)行分析與對(duì)比,得出結(jié)論:對(duì)于一個(gè)確定的任務(wù),到底哪個(gè)任
5、務(wù)模式(單服務(wù)航天器或多服務(wù)航天器)更好,不能一概而論,其取決于多個(gè)因素。
3、針對(duì)在軌加注任務(wù),提出了一套系統(tǒng)的建模與優(yōu)化方法,可應(yīng)用于P2P、“一對(duì)多”和混合模式的在軌加注任務(wù)規(guī)劃問(wèn)題中。
?。?)提出了P2P在軌加注任務(wù)規(guī)劃方法?!癙2P”即衛(wèi)星間“一對(duì)一”進(jìn)行相互補(bǔ)給??紤]測(cè)控約束,以圓軌道衛(wèi)星群P2P在軌加注為任務(wù)背景,提出了數(shù)學(xué)規(guī)劃模型和雙層解耦求解策略。上層任務(wù)分配忽略軌道轉(zhuǎn)移的推進(jìn)劑消耗,僅以推進(jìn)劑均衡
6、為優(yōu)化目標(biāo)進(jìn)行優(yōu)化。下層時(shí)間分配被視為“一對(duì)一”空間交會(huì)的優(yōu)化問(wèn)題,以推進(jìn)劑消耗最小為優(yōu)化目標(biāo)。仿真實(shí)驗(yàn)證明了算法的有效性。
?。?)提出了復(fù)雜約束下多階段空間交會(huì)任務(wù)規(guī)劃方法,并應(yīng)用于P2P在軌加注任務(wù)規(guī)劃中。針對(duì)標(biāo)稱的空間交會(huì)任務(wù),將多個(gè)交會(huì)階段看作一個(gè)整體,綜合考慮通信時(shí)間窗、光照等復(fù)雜約束,建立多階段空間交會(huì)的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型,提出兩階段規(guī)劃策略。上層規(guī)劃利用二體模型求解出滿足復(fù)雜約束的粗粒度交會(huì)路徑,下層規(guī)劃利用高精度模型
7、進(jìn)行修正。最后將該成果應(yīng)用于P2P在軌加注任務(wù)中。
?。?)提出了目標(biāo)不確定的GEO衛(wèi)星群“一對(duì)多”在軌加注任務(wù)規(guī)劃方法??紤]目標(biāo)數(shù)量、任務(wù)等級(jí)、推進(jìn)劑消耗三個(gè)優(yōu)化目標(biāo),針對(duì)服務(wù)目標(biāo)數(shù)量未知的“一對(duì)多”在軌加注任務(wù)規(guī)劃問(wèn)題,建立了HOC多目標(biāo)任務(wù)規(guī)劃模型,并提出了對(duì)應(yīng)的求解方法。仿真分析證明:本文提出的方法可以有效求解該任務(wù)規(guī)劃問(wèn)題;優(yōu)化目標(biāo)側(cè)重點(diǎn)的不同、目標(biāo)衛(wèi)星分布的不同,都會(huì)對(duì)優(yōu)化結(jié)果有影響,且這些影響是有規(guī)律可尋的。
8、> (4)提出了混合模式下GEO衛(wèi)星群的在軌加注任務(wù)規(guī)劃方法。假設(shè)服務(wù)航天器只能逐次對(duì)部分目標(biāo)衛(wèi)星進(jìn)行在軌加注,剩下的待加注衛(wèi)星由已被加注的衛(wèi)星提供后續(xù)的在軌加注操作。以HOC規(guī)劃模型為基礎(chǔ)建立了混合模式下的在軌加注任務(wù)規(guī)劃模型,并提出了對(duì)應(yīng)的求解算法。通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了上述模型與算法的有效性,并分析對(duì)比了“一對(duì)多”、“多對(duì)多”和混合模式的優(yōu)劣與適用范圍。
總之,論文對(duì)航天器在軌服務(wù)任務(wù)規(guī)劃技術(shù)進(jìn)行了深入研究,提出了具有一定
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