基于正交试验设计的交会远距离导引误差分析

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1、第40卷第5期20lO年9月航空计算技术Ae啪audcalComputingTechniqueV01．40No．5sep．2010基于正交试验设计的交会远距离导引误差分析汤溢1，张进2，黄海兵2(1．中国空间技术研究院，北京100094；2．国防科技大学航天与材料工程学院，湖南长沙410073)摘要：由于测量一规划一执行闭环过程的引入，交会远距离导引段的导航执行误差之间存在交互作用。对一个实际的远距离导引任务，采用正交试验设计方法安排数值试验，通过离差平方和评估误差之间的交互作用。结果表明，影响推进荆消耗的主要误差源之间存在显著的交互作

2、用，而影响终端相对位置速度的主要误差源之间的交互作用很小或不明显。关键词：燃油系统；流体仿真；入口流量；入口压力中图分类号：V526文献标识码：A文章编号：1671．654x(2010)05．0026．04引言交会对接任务一般分为远距离导引、自主交会、对接等阶段。远距离导引又称调相，追踪航天器在地面测控导引下进行数次轨道机动，到达距目标航天器几十km的自主交会初始位置⋯。远距离导引过程受到各种误差的干扰，而且误差传播时间较长，分析误差作用规律与对远距离导引任务设计具有重要意义。为了减小误差的影响，远距离导引每次机动前都要重新测量轨道并规

3、划后续机动参数口J。该过程的引人使误差一般不能完全传播到终端，各误差源对终端条件的影响具有一定的耦合性。对交会误差影响的研究主要集中于MonteCado仿真旧1与线性／非线性协方差传播法H。5J。Montecado仿真通过大量计算获得终端精度，虽然可以考虑测量一规划一执行的闭环过程，但不能揭示误差与终端条件的影响关系；协方差传播法通过较小的计算量可以估计终端精度，并可反映误差与终端条件的影响关系，但不能考虑测量一规划一执行的闭环过程，获得的结果不能直接应用于工程实际。两种方法都不能评估误差之间的交互作用。本文对一个实际的五次机动远距离导

4、引机动策略，采用正交试验设计方法分析导航误差、执行误差对终端条件的影响，并评估主要误差源的交互作用。1远距离导引轨道机动策略考虑的远距离导引轨道机动过程如下图所示。远距离导引轨道机动过程图第Ⅳl圈远地黝Ⅱ迹向冲量△％，调整近地点高度；第Ⅳ2圈纬度幅角妒：∈[妒孔，妒：。]处施加法向冲量△％，同时调整轨道倾角和升交点赤经；第他圈近地点6氲力口迹向冲量△％，调整远地点高度；第Ⅳ4圈远地点附近纬度幅角钆∈[红。，仇舀]处施加迹向冲量△％，调整偏心率，进行轨道圆化；第Ⅳ5圈纬度幅角妒，“9¨妒，u]处施加组合冲量△％进行组合修正，该次机动为小量

5、，在标称轨道中为零。为了限制误差的扩散，每次机动后必须重新测量收稿日期：20lO．03．08基金项目：中国博士后科学基金(20090450210)；国防科技大学科研计划项目(Jc09一Ol—01)作者简介：汤溢(19r79一)，女，天津市人，工程师，硕士，研究方向为交会对接总体方案设计。2010年9月汤溢等：基于正交试验设计的交会远距离导引误差分析·27·轨道，重规划后续机动参数，重规划方案如表l所示。表1重规划方案孝刘设计变量终端约束P1工l=(△口II，妒2，△％，△％，妒4，△口4)7相时位置速度P2工2=(妒2，△屹，△％，妒，

6、△％，△％)’相对位置速度P3而=(△口d，钆，△％，△％)’面内相对位置速度P4_=(妒。，△口。，他，△％，△％)’面内相对位置速度P5工5=(妒5，△口6，△"6)7面内相对位置2误差源远距离导引变轨任务，作为一个控制过程包括参数的测量、控制参数的计算和控制执行等。在这一过程中导航误差与执行误差将使实际轨道偏离设计轨道。导航误差指测量或预估的航天器位置速度与实际位置速度之间的偏差，分析计算时在轨道坐标系中施加，轨道坐标系的戈轴沿轨道径向，z轴沿轨道面法向，，，轴沿速度方向与菇、z构成右手坐标系。含导航误差的航天器位置速度为嘲="嘲

7、式中符号“”’表示含误差的参数，符号“6”表示误差。机动冲量在轨道坐标系中用冲量大小△l，，俯仰角a及偏航角口描述为：『．加8i眦]△l，=l△秽cosaco啦l(2)l一△移c。aasin口J考虑冲量大小误差6△”、俯仰角误差酗及偏航角误差部，实际冲量为r(△秽+6△秽)sin(仅+6d)]△l，’=I(△秽+6△秒)cos(a+6d)cos(卢+部)L一(△移+6△秽)cos(a+6d)sin(JB+部)．J(3)3基于正交试验设计的交会误差影响分析正交试验设计M1从全面试验中挑选部分代表点进行试验，具有因素水平机会均等与搭配均衡的

8、特点，可通过较少的试验次数达到较好的试验效果。通过对其结果的统计可以评估因素之间的交互作用。正交表的符号为“(．，7)(4)其中L是kin的简写，代表正交表；Ⅳ是正交表行数，即仿真次数；_，为因素水平数，，