考虑测控约束的非特殊点双冲量变轨规划算法研究

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1、第２１卷第６期载人航天Ｖｏｌ．２１Ｎｏ．６２０１５年１１月ＭａｎｎｅｄＳｐａｃｅｆｌｉｇｈｔＮｏｖ．２０１５考虑测控约束的非特殊点双冲量变轨规划算法研究吕纪远，张海联，叶东明，李九人（载人航天总体研究论证中心，北京１０００９４）摘要：非特殊点双冲量变轨问题中，使用近地点远地点双冲量变轨可以得到最优的速度增量，但没有考虑测控覆盖范围的约束。针对这个问题，对一般椭圆轨道的双脉冲变轨问题进行了介绍，在此基础上，将测控约束与非特殊点双脉冲变轨问题进行综合考虑，借助轨道外推、测控覆盖分析得到一套变轨规划算法，能够在考虑测控覆盖的约束下得到非特殊点

2、双冲量变轨的最优解。仿真结果表明，规划算法优化出的速度增量与特殊点变轨相比增加很少，且发动机工作期间满足测控约束。关键词：非特殊点变轨；双脉冲；测控约束中图分类号：Ｖ５５６文献标识码：Ａ文章编号：１６７４-５８２５（２０１５）０６-０５６０-０４ResearchonNon-specialPointsTwo-impulseOrbitTransferPlanningwithTracking，TelemetryandControlConstraintsＬＶＪｉｙｕａｎ，ＺＨＡＧＮＨａｉｌｉａｎ，ＹＥＤｏｎｇｍｉｎｇ，ＬＩＪｉｕｒｅｎ（Ｍａｎｎ

3、ｅｄＳｐａｃｅＳｙｓｔｅｍＲｅａｓｅａｒｃｈＣｅｎｔｅｒ，Ｂｅｉｊｉｎｇ１０００９４，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｎｏｎ-ｓｐｅｃｉａｌｐｏｉｎｔｓｔｗｏ-ｉｍｐｕｌｓｅｏｒｂｉｔｔｒａｎｓｆｅｒｗａｓｓｔｕｄｉｅｄ．Ｉｎｇｅｎｅｒａｌ，ｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｓｐｅｃｉａｌｐｏｉｎｔｓｏｒｂｉｔｔｒａｎｓｆｅｒｍｅｔｈｏｄｃａｎｇｅｔｏｐｔｉｍａｌｒｅｓｕｌｔ．Ｈｏｗｅｖｅｒ，ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｄｏｅｓｎ’ｔｔａｋｅｉｎｔｏａｃｃｏｕｎｔｔｈｅｔｒａｃｋｉｎｇ，ｔｅｌｅｍｅｔｒｙａｎｄｃｏｎｔｒｏｌ

4、（ＴＴ＆Ｃ）ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｔｗｏ-ｉｍｐｕｌｓｅｔｒａｎｓｆｅｒｏｆｅｌｌｉｐｓｅｏｒｂｉｔｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄａｔｆｉｒｓｔ．Ｔｈｅｎ，ｃｏｎｓｉｄｅｒｉｎｇｔｈｅＴＴ＆Ｃｃｏｎ-ｓｔｒａｉｎｔｓ，ｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｏｒｂｉｔｅｘｔｒａｐｏｌａｔｉｏｎａｎｄＴＴ＆Ｃｃｏｖｅｒａｇｅａｎａｌｙｓｉｓｗｅｒｅｕｓｅｄｔｏｇｅｔａｎｅｗａｌｇｏ-ｒｉｔｈｍ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅｖｅｌｏｃｉｔｙｉｎｃｒｅｍｅｎｔｏｂｔａｉｎｅｄｂｙｔｈｅｎｅｗａｌｇｏｒｉｔ

5、ｈｍｉｓｏｎｌｙａｌｉｔ-ｔｌｅｍｏｒｅｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｏｐｔｉｍａｌｒｅｓｕｌｔ，ａｎｄｃａｎｍｅｅｔｔｈｅＴＴ＆Ｃｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓｄｕｒｉｎｇｔｈｅｅｎｇｉｎｅｆｉｒｉｎｇ．Keywords：ｎｏｎ-ｓｐｅｃｉａｌｐｏｉｎｔｓｏｒｂｉｔｔｒａｎｓｆｅｒ；ｔｗｏ-ｉｍｐｕｌｓｅ；ｔｒａｃｋｉｎｇ，ｔｅｌｅｍｅｔｒｙａｎｄｃｏｎｔｒｏｌ（ＴＴ＆Ｃ）ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔｓ殊点变轨的共面椭圆，如何在测控弧段内实现其１引言最省燃料的机动方式，是许多航天器轨道控制必轨道机动和轨道控制方法很多，尤其对于轨须解决的关键问题。道面内的

6、升降轨机动，研究颇为成熟。已知两个本文针对共面椭圆轨道之间的非特殊点变轨共面圆轨道之间的过渡，霍曼变轨是最省燃料的进行研究，轨道机动位置不在近地点或远地点。［２］［３］方式；而对于共面同轴同向椭圆轨道之间的过渡，Ｌａｗｄｅｎ和Ｂｅｎｄｅｒ早在１９６２年就对这种一般文献［１］中亦有证明：在小椭圆近地点和大椭圆性轨道控制问题开展了研究，提出了１８０°对称周远地点施加脉冲最省燃料。但是，在具体与工程向控制的最佳模式，但是我国的实际测控条件并实际结合方面，常规的轨道控制理论仍有诸多需不一定能满足相位差１８０°的要求，这就对实际工要补充的地方。对

7、于有测控弧段约束，无法在特程应用提出了较为苛刻的约束。本文对一般性轨收稿日期：２０１４-０７-３０；修回日期：２０１５-０８-２４作者简介：吕纪远（１９８４－），男，博士，助理研究员，研究方向为载人航天任务分析与仿真。Ｅ-ｍａｉｌ：ｋｏｋｙｏ５２＠１６３．ｃｏｍ第６期吕纪远，等．考虑测控约束的非特殊点双冲量变轨规划算法研究５６１道控制算法进行推导，然后借助优化算法，解决了p２pTr２T＝＝机动控制中从任意范围的真近点角施加脉冲，将１＋e２ｃｏｓf２T１＋eTｃｏｓfT２小椭圆轨道变为大圆轨道的最优控制问题。μ（vr）２T＝e２ｓｉｎf２

8、Tp２２一般椭圆双脉冲轨道控制数学模型μ［４］（vt）２T＝（１＋e２ｃｏｓf２T）（３）首先介绍一般椭圆的双脉冲变轨算法。p２令（１）、（２）、（Ｔ）分别表示初始轨道、目标轨μ（vr）T２＝eTｓｉｎfT