交会对接远程导引轨道控制状态规划与优化算法

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1、第31卷第4期2012年8月飞行器测控学报JournalofSpacecraftTT&CTechnologyV01．31No．4Aug．2012交会对接远程导引轨道控制状态规划与优化算法+伍升钢1’2，侯黎强1，张智斌1’2，谭炜1’2，李恒年1(1．宇航动力学国家重点实验室·西安·710043；2．中国西安卫星测控中心·西安·710043)摘要：对空间交会对接远程导引段轨道控制问题进行了研究。在简单介绍交会对接远程导引轨道控制实时规划模型的基础上，提出了基于近圆偏差方程、序列二次规划算法和目标权重函数等在不同控制目标模式下的状态规划与优化算法。仿真结果表明，该算法

2、收敛速度快，能较好地满足交会对接远程导引段的轨道控制要求，具有一定的工程实用价值。关键词：交会对接；远程导引段；近圆偏差方程；序列二次规划算法；轨道控制中图分类号：V412．41，文献标志码：A文章编号：1674—5620(2012)04—0090—05PlanningandOptimizationAlgorithmsofPhasingorbitManoeuVresinRendezVousandDockingWUShenggan91”，HOULiqian91，ZHANGZhibinl”，TANWeil～，LIHengnianl(1．StateKeyI。aborato

3、ryofAstronauticDynamics，Xi’an710043；2．Xi’anSatelliteControlCenter，Xi’an710043)Abstract：Phasingoforbitmaneuversinspacerendezvousanddockingintheremoteguidancephaseisstudied．F01一lowingabriefintroductionofthereal—timeplanningmodelforphasingoforbitmaneuversinspacerendezvousanddocking，statep

4、lanningandoptimizationalgorithmsindifferentmodesbasedonnear—circulardeviationequations，sequentialquadraticprogrammingandtargetweightingfunctionareproposed．Simulationresultsshowthatthealgo—rithmsconvergequicklyandwellmeettherequirementsofphasingoforbitmaneuversintheremoteguidancephase．K

5、eywords：rendezvousanddocking；remoteguidancephase；near—circulardeviationequations；sequentialquadraticprogtamming；orbitmaneuversO引言远程导引段或地面导引段，在国际上通常又称为调相段(PhasingStage)。在远程导引段，追踪航天器(追踪器)在测控系统的支持下进行多次变轨，修正与目标轨道的轨道偏差，到达距离目标航天器(目标器)几十km处的近程导引段初始位置，满足星上自主控制的要求。远程导引段的主要任务包括初轨修正、轨道面调整和两航天器相位调

6、整等口]。目前，国际上空间交会对接任务中广泛应用的远程导引段控制策略有2种，一种是综合变轨策略，另一种是特殊点变轨策略。综合变轨策略的变轨点不局限于轨道的特殊点，脉冲分量同时包括面内和面外2部分。俄罗斯“联盟／进步”(Soyuz／Pro—gress)飞船远程导引段控制采用的就是综合变轨策略。特殊点变轨策略，顾名思义就是在远地点、近地点或升交点等轨道特殊点进行变轨机动，改变追踪航天器轨道特性，从而完成交会任务。美国的航天飞机、“双子座”飞船、“阿波罗”飞船和欧洲的“自主转移飞行器”(ATV)等航天器的远程导引段控制就是采用基于特殊点的变轨策略口屯]。本文将利用近圆偏差

7、方程、序列二次规划算法和目标权重函数等状态规划与优化算法对不同控制目标模式下的特殊点实时变轨策略进行研究。1理论基础1．1近圆偏差方程Baranov在发展和完善综合变轨策略时引入了近圆偏差方程，该方程是在柱坐标系下描述两航天器相对运动的线性轨道动力学方程，具体形式如*收稿日期：2012—05—16；修回日期：2012—06—25第一作者简介：伍升钢(1983)，男，硕士研究生，工程师，研究方向为航天器轨道最优控制；E—mail：wushenggan99180@126．com第4期伍升钢，等：交会对接远程导引轨道控制状态规划与优化算法△r一△可，△口一(‰+△弘)