一种基于轨道要素形式终端约束的航天器空间变轨迭代制导算法

《一种基于轨道要素形式终端约束的航天器空间变轨迭代制导算法》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJun252015Vol36No．61975，1982ISSN1000．6893CN11—1929／Vhttp：Ehkxbbuaa．edu．CRhkxb@buaa．edu．CFI一种基于轨道要素形式终端约束的航天器空间变轨迭代制导算法邓选凡1’2，李超兵3，王志刚1’2，*1．西北工业大学航天学院，西安7100722．航天飞行动力学技术重点实验室，西安7100723．北京航天自动控制研究所，北京100854摘要：针对航天器空间变轨任务的制导问题，研究了一种适

2、用的迭代制导算法。在传统迭代制导方法的基础上，直接在地心惯性系中建立最优控制模型，以推力方向矢量为控制量来适应大姿态角变化情形；推导直接以目标轨道要素为终端约束的边界条件，给出终端约束方程求解精度和入轨精度的关系；得到一种简单有效的基于轨道要素形式终端约束的航天器空间变轨迭代制导算法。通过仿真验证了所给制导算法的有效性，相比传统迭代制导方法其具有更强的适应性。关键词：空间变轨；迭代制导；最优控制；轨道要素；边界条件中图分类号：V448．13文献标识码：A文章编号：1000～6893(2015)06—1975—08多年来中国运载火箭一直

3、采用摄动制导方法，基本满足了准确入轨的要求。在交会对接等任务需求高精度入轨、且工具误差大幅降低后，摄动制导已无法满足精度要求，于是在多年迭代制导研究的基础上，该项技术在中国载人运载火箭上首次得到了具体应用。中国现役的其他火箭仍采用摄动制导，而新一代运载火箭都将采用迭代制导方法uj。中国运载火箭入轨使用的传统迭代制导方法瞳⋯，在常值或线性引力的近似下，以终端点的3个速度分量和2个位置分量为终端约束，并假设控制角的表达式由常值部分和时间相关部分相加而成，其中前者为使火箭满足终端速度约束所需的控制角，后者为在速度约束基础上再使火箭满足位置分

4、量所需的小量LI“]。但对于空间变轨任务，引力近似以及控制角分量的小角度假设等条件可能不成立，导致传统迭代算法无法应用。因此有必要研究适用于空间变轨任务的改进迭代制导算法。国外学者对迭代制导的研究集中在更为复杂控制模型的最优求解，包括考虑多段点火口]、复杂约束条件E63以及大气层内飞行的制导口制；国内学者的研究主要是对最优控制模型各个部分的改进，包括控制变量形式的改进[9]、对终端六维状态量的近似控制口叩和横截条件形式的改进[11I，这些都是适用于大姿态角变化的算法[12。13。，但这些改进仍是基于传统方法的假设，不能避免其局限性；文

5、献1-143给出了一种适用于大姿态角范围的迭代制导方法，但其制导模型是在发射惯性系下建立的，不利于空间变轨问题的描述，且终端约束仍是基于目标点位置、速度而不是基于轨道要素；文献E153分别给出了3～5维终端约束要求下的收稿日期：2014-12—02；退修日期：2014—12-24；录用日期：2015-02—11；网络出版时间：2015—03-0410：53网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／11．1929V．201503041053．001．htmI*通讯作者．Tel．：029—88495783E—mail：s

6、beotal@nwpueduca引用格武IDengYF．LiCB，WangZG．AniterativeguidancealgorithmusingorbitalelemenNasterminalconstraintsforspacecraftorbittransfer￡J]ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2015．36(6)：1975—1982．雄逸凡．李超兵．I志哟．一静基f轨道要素形式终端约束的航天器空阉变孰迭代戢导算法[J]，航空学报。2015，36(6)：1975-1982．航空学报Ju

7、n252015V01．36No6终端条件方程，但是基于部分轨道要素和部分位置、速度以及航迹角等参数。本文不同于其他文献在目标点轨道系或发射惯性系中建立的控制模型，提出了一种直接在地心惯性系中建模的迭代制导方法；推导以入轨点轨道要素为终端约束的边界条件；推导终端约束方程求解精度和人轨精度的关系，为算法参数设计提供参考；得到了一种简单有效、适用于空间变轨任务的迭代制导算法。1航天器空间变轨最优控制问题航天器点火后的空间变轨问题可描述为最优控制问题。以航天器有限推力控制下的运动模型为状态方程，初始状态为导航系统提供的航天器当前位置、速度，目

8、标集为目标轨道要求给定的终端约束，控制域为所有推力方向，性能指标为燃料最省，发动机秒流量固定时等效于飞行时间最短。建立航天器空间变轨数学模型，利用最优控制理论进行求解。1)坐标系定义定义地心赤道惯性坐标系：定义地心赤道惯