空间最优交会路径规划策略研究

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1、附件2论文中英文摘要格式作者姓名：罗亚中论文题目:空间最优交会路径规划策略研究作者简介：罗亚中，男，1979年12川出生，2004年3刀师从于国防科学技术大学唐国金教授，于2007年12月获博士学位。中文摘要交会对接是进行空间组装、空间救援、深空探测等的必要技术，是我国载人航天第二步任务的关键技术。交会路径规划是交会对接技术屮关键问题之一。论文以我国载人航天工程交会对接系统研制为背景，以发展新的理论和方法、解决工程实际问题为口的，对该问题进行了系统深入的研究，主要研究了摄动和路径约朿最优交会路径规划问题、多口标最优交会路径规划问题，以及考虑偏差的鲁棒最优交会路径

2、规划和实吋交会路径规划问题。全文主要研究成果如下：1、提出了多种新的考虑摄动因素和路径约束条件的最优交会路径规划策略，丰富和发展了最优交会路径规划策略理论。现冇的最优交会的研究成果无论是基于线性方程还是非线性方程，人都没冇考虑实际摄动因索，应用于实际飞行任务中会有偏差，特别是对于长时间、远距离交会问题如调相问题和寻的交会问题，会带来较人的偏差；此外现冇的最优交会研究较少考虑了实际交会轨道机动设计中的机动位置测控、测量视场限制等路径约束条件。针对这些问题，论文以寻的交会和调相交会问题为背景，提出了多种新的考虑摄动和路径约束的最优交会路径规划策略。以寻的交会问题为背

3、景的路径规划策略包括：1)提出了一类求解非线性摄动和路径约束最优交会问题的两步串行混合优化策略，首先采用遗传算法和考虑丿2摄动长期项的解析轨道模型确定一个初始点，然后采用序列二次规划算法基于摄动方程获得精确解。给岀了两个解析问题和考虑测控约束的寻的交会问题的测试结果，表明该规划策略具冇较高的全局收敛能力、效率和鲁棒性。(研究成果发表在国际著名优化类期刊EngineeringOptimization(2006,38,959-973)上，审稿人对该研究给予了高度评价“Theworkdescribedinthispaperisveryhighquality...Ith

4、ereforecommendtheauthorsondoingsomereallygoodwork□")2)提出了结合非最优主矢量理论、Lambert交会算法和进化算法用于确定最优脉冲数目的交互式规划策略。三个问题的应用表明该交互式规划策略能够获得满足主矢量最优必要性条件的脉冲解，对二体方程和摄动方程下脉冲数0最优性做出了说明。以调相交会问题为背景的路径规划策略包括：1)建立了调相交会特殊点变轨的离散和连续变量混合优化模型，提出了基于遗传算法和牛顿迭代算法的混合求解策略，发展了基于不可行解剔除、中间数据库以及实时更新牛顿迭代法初始点的改进措施。采用了一个两天调相

5、交会问题对优化策略及改进措施进行了测试，表明所提出的规划策略具冇较好的收敛口J靠性和效率，并11一次运行可以获得多个解，采用穷举法对该规划策略的全局收敛能力进行了数值验证。2）提出了基于多圈Lambert交会算法的调相综合变轨规划策略，该策略首先采用并行模拟退火单纯形算法，基于多圈Lambert交会算法获得一个二体解，以二体解为初始点，采用序列二次规划算法基于考虑丿2摄动长期项解析轨道模型获得一个改进解，再以改进解为初始点，序列二次规划算法基于精确轨道计算模型获得最终解。所提出的规划策略对于一个经典的问题获得了优于现冇文献的解，所获得解的最优性得到了验证。基于一

6、个两天调相交会问题验证了算法的全局收敛能力和综合变轨的优点，研究表明综合变轨相对于特殊点变轨可以在一定程度上节省燃料消耗，约为4%-35%,并分析得到了调相变轨燃料消耗随初始轨道面偏差变化的趋势。（这部分研究成果发表在国际航天领域权威期刊AfAAJournal（2006,44,3143-3146）和JournalofGuidance,Control,andDynamics（2001,30,185-191;2007,30,946-952）k,审稿人认为这些方法是对经典问题的“novelsolution"。所提出的方法解决了我国神舟8号飞船交会对接轨道方案设计技术难

7、题，该部分成果是2006年度军队科技进步奖二等奖的主要贡献点之一（作者排名8）。）2、将最优交会路径规划的研究范畴由单目标优化向多目标优化进行了拓展，系统地提出了多目标最优交会路径规划的理论、模型和算法。在现有的最优交会路径规划研究中，多数是时间固定的燃料消耗最优交会研究。设计一个交会轨道，燃料消耗固然是一个重要的设计指标，同时交会时间也是需要考虑的一个设计指标。此外对于近距离交会轨道设计，轨道安全性也是一个需要考虑的重要指标。论文有别于传统的单目标交会路径规划研究，综合考虑了燃料消耗、交会时间和交会轨道安全性三个设计指标，比较深入地研究了多目标最优交会路径规划

8、理论与方法。1）定义了追