载人飞船月地返回轨道优化设计与特性分析

针对载人飞船月地返回飞行任务,提出一种基于双重优化算法的两层串行求解策略。轨道初步设计阶段,在改进的双二体模型下采用差分进化算法与序列二次规划算法相互补的双重优化算法进行轨道初值的求解。高精度修正阶段,在高精度模型下利用序列二次规划算法修正了初步设计的结果。仿真算例的结果验证了该策略的有效性和可行性,并显示出求解精度高、收敛性好的特点。最后,利用该方法进行了大量的仿真计算,对月地返回轨道可达域、速度增量等轨道特性展开了分析。     

基于可控域的定点返回轨道全局敏感性分析

针对载人月球探测定点返回轨道在多变量、多约束的复杂参数空间内参数之间影响关系不确定的问题，对载人探月定点返回轨道的参数敏感性问题进行了研究。基于近月点伪参数，建立了定点返回轨道的可控域计算模型，并提出了一种基于可控域的全局参数敏感性分析方法，以计算得到的可控域集合点构建敏感性分析矩阵，通过基于方差的方法对各参数的敏感性进行求解。在仿真分析中，得到了在给定约束条件下定点返回轨道可控域范围的一般分布规律，并给出了可控域范围内近月点伪参数对终端参数的敏感性指标。相关研究结论可为未来的载人月球探测轨道任务分析与设计提供重要参考。     

地月平动点拟周期轨道设计方法

地月平动点附近存在的大量拟周期轨道是一类用途广泛的轨道,其设计方法一直是研究的热点。为了克服使用圆形限制性三体模型设计任务轨道时缺乏摄动分析的不足,提出了改进的基于高精度星历模型和多步打靶法的设计方法。具体地,根据地月平动点拟周期轨道在瞬时平动点旋转坐标系中的特征,基于瞬时平动点的运动规律,结合多步打靶法,推导出了三维空间拟周期轨道拼接点的求解方法。仿真分析表明,所提的设计方法可以有效地设计出地月平动点拟周期轨道。     

月地应急返回轨道优化设计

针对载人登月任务中的应急返回问题,对基于三脉冲变轨的方案进行优化设计。以圆型限制性三体问题(circular restricted three body problem, CR3BP)模型为基础,采用球坐标形式的月球返回运动模型。考虑环月轨道面、月球最小安全距离、终端近地距等约束,采用MultiStart算法对月地应急返回轨道进行全局优化。通过大量的计算仿真,验证了所提算法的有效性和可行性,并分析了不同轨道参数对性能指标的影响。研究结论对未来载人登月应急返回方案的设计具有重要的参考价值。     

基于RHP-IVFSA的多智能体编组#br# 任务分配动态优化

智能体编组协同作战中任务分配的动态优化问题，提出一种基于滚动时域策略的多编组任务分配动态优化方法。以任务执行效率为目标函数，建立了满足个体任务时窗和编组资源损耗约束的问题模型。给出与突发事件特征对应的预测窗口、滚动窗口和滚动驱动机制。设计了一种改进快速模拟退火对优化子问题予以求解，给出解方案表达、邻域解生成、冲突消解等步骤，采用高温随机贪婪搜索、回火技术、禁忌设计和精英保留策略，避免算法陷入局部最优，提高算法的计算效率。案例的仿真计算表明，所建模型和求解方法可以对多编组任务分配计划进行在线优化，并使任务的执行效率始终维持较高水平。     

基于IP-ACO算法的航天器测控资源调度技术

采用多目标蚁群优化算法对航天器测控资源调度问题进行研究。在分析中低轨道航天器测控特点的基础上,综合考虑包括测控时间窗口约束和设备切换时间约束在内的多类复杂约束条件,建立多目标航天器测控资源调度模型。在Pareto蚁群优化算法的基础上,引入蚁群社会中的分工协作思想并构建测控任务时间约束有向图,设计基于任务选择期望的状态转移规则和基于自适应网格技术的权重更新策略,从而提高算法求解性能。仿真实验结果表明该方法能有效解决多目标航天器测控资源调度问题。     

载人深空飞行返回再入模式仿真研究

建立了用于研究载人深空飞行返回再入模式问题的平面动力学模型,进行了基于弹道式和半弹道式模式再入的轨道仿真,分析比较了相同参数条件下两种再入模式的轨道动力学仿真结果,得出了载人深空飞行返回应采用半弹道式模式再入的结论,为进一步研究载人深空飞行返回再入策略和轨道优化设计提供了条件.     

基于离散状态转移算法的无等待流水车间调度研究

针对制造行业中广泛存在的无等待流水车间调度问题,提出一种改进的离散状态转移算法进行求解。基于流水车间调度问题的特性,设计工件的编码方式,采用基于工件加工时间标准差为优先级的NEH(Nawaz-Enscore-Ham)方法构造初始解,设计基于插入和交换的多邻域组合搜索策略以提高初始解的质量;提出一种基于群状态的离散状态转移算法,并利用带二次状态转移操作的三种离散操作算子扩大算法的搜索范围;为进一步提高离散状态转移算法的求解性能,设计了基于莱维飞行的破坏重构局部搜索方法,对全局搜索发现的优质解进行细致搜索。仿真实验表明,改进的离散状态转移算法能够有效求解无等待流水车间调度问题。     

基于空间活跃度网络的搜索策略研究

基于具有时变特性与空间特性的空间活跃度网络模型,研究了时变网络中的搜索问题。结合空间活跃度网络的特性,引入了搜索时间、搜索路径长度和等待时间3种搜索策略的评价指标,提出了最大活跃度搜索策略、改进的贪婪搜索策略和最大活跃度最小距离搜索策略。利用这些策略在空间活跃度网络中进行搜索,研究发现和其他的搜索策略相比,改进的贪婪搜索策略与最大活跃度最小距离搜索策略具有较好的搜索性能,能够很好地适用于这种类型的时变网络,从而优化了目标搜索的过程。     

多操纵面交叉耦合的SQP控制分配策略

针对多操纵面飞机交叉耦合效应下易产生虚拟控制误差和舵效中和等问题,提出了一种基于改进序列二次规划的控制分配策略。以操纵面偏量为参数构建优化目标,基于舵效线性假设分别研究了基于线性规划和二次规划的多操纵面线性控制分配方法。进一步考虑非线性交叉耦合效应,分别建立了序列线性和序列二次规划的交叉耦合控制分配模型,并设计了改进的Hessian矩阵,以实现序列二次规划的优化求解。仿真表明,基于改进序列二次规划的控制分配策略能够合理地利用所有交叉耦合操纵面实现非线性分配,优于线性规划、二次规划和序列线性规划控制分配方法。     

基于强化学习的全电推进卫星变轨优化方法

采用电推力器实现自主轨道转移是全电推进卫星领域的关键技术之一。针对地球同步轨道(geostationary orbit, GEO)全电推进卫星的轨道提升问题,将广义优势估计(generalized advantage estimator, GAE)和近端策略优化(proximal policy optimization, PPO)方法相结合,在考虑多种轨道摄动影响以及地球阴影约束的情况下,提出了基于强化学习的时间最优小推力变轨策略优化方法。针对状态空间过大、奖励稀疏导致训练困难这一关键问题,提出了动作输出映射和分层奖励等训练加速方法,有效提升了训练效率,加快了收敛速度。数值仿真和结果对比表明,所提方法更加简单、灵活、高效,与传统的直接法、间接法以及反馈控制法相比,能够保证轨道转移时间的最优性。     

天基激光清除空间碎片任务分析

从天基激光技术参数和空间碎片清除需求两方面对天基激光碎片清除任务展开研究。基于激光支持爆轰波的传播机理,分析激光烧蚀推力的变化规律,揭示了短脉宽激光适用于碎片清除任务的原理,推导建立了激光烧蚀碎片的推力模型。对影响推力的典型激光参数进行研究,比较归纳了激光功率密度和光斑直径的通用求解模型,构建了最佳耦合条件下碎片速度增量与冲量耦合系数、脉冲个数之间的数学模型。从碎片尺寸和轨道区域两方面分析了将太阳同步轨道1~10 cm碎片作为清除对象的必要性,基于清除任务的合理性提出天基激光和碎片在“偶遇”条件下的作用模式,给出了清除距离和清除时间窗口。运用轨道动力学知识建立了基于近地点高度增量的天基激光碎片清除效果评估模型,案例分析表明了天基激光清除碎片的可行性。研究成果可为相关技术研究和任务设计提供参考。     

基于二体模型的空间目标双基地ISAR回波模拟

针对空间三轴稳定目标成像问题,提出了一种基于二体模型的双基地逆合成孔径雷达(bistatic inverse synthetic aperture radar,ISAR)回波模拟方法。该方法利用二体运动模型模拟空间目标的在轨运动,考虑了目标平稳运动及三轴姿稳转动引起的散射点相对雷达视角变化,并加入目标的高速运动特性,生成了双基地逆合成孔径雷达的基带回波数据,并给出了双站雷达对目标可视区域的判定方法。最后,进行了仿真实验,仿真结果表明,二体模型与实际目标的运动轨道误差很小,同时,成像结果能够很好的反映目标的姿态变化特性。该回波模拟方法有利于空间目标的精确成像,并对成像试验的实施具有重要的指导意义。     

基于仿真的双基站卫星星座设计

根据双基站卫星星座的特点，分析了卫星和空间站之间的可视窗、通讯窗、过顶时间要求下的通讯约束，并进一步设计双基站卫星星座的轨道高度、倾角、升交点赤经、轨道数目及卫星分布选择、星际链路建立。该星座克服了以地球为基地的卫星星座测控信号传递路程长，信号受到环境干扰大的不足。并充分利用空间站的优势，更有效的发挥卫星及其星座的作用。以服务于未来我国空间站的专用数据中继系统为例，进行双基站星座设计。从仿真结果可以看出，所设计的星座作为未来我国空间站的数据中继系统是有效的、可行的。     

基于Petri网的导航卫星星座备份策略分析评估方法

针对北斗三号系统中轨道Walker导航星座的备份策略问题,提出基于随机时间Petri网(stochastic timedPetrinet,STPN)的分析评估方法.通过构建单星、轨道面和导航星座的3层STPN模型,分析不同备份策略下星座运行的逻辑行为特性和操作事件的时序关系.建立导航星座的可用性模型和运行成本模型,作为...     

地球静止轨道-低轨道最优异面转移方法

研究了轨道转移飞行器（orbital transfer vehicle, OTV）从地球静止轨道向低轨道的最优异面转移过程,提出了解析法和智能优化算法。在解析法中,完整地推导了最优转移轨道的求解方法,提出了最优转移轨道应满足的条件,并采用牛顿迭代法求解第1次速度脉冲应改变的轨道倾角。以离轨点位置、入轨点位置和转移时间为优化变量,采用遗传算法对最优转移过程进行求解,给出了遗传算法求解该优化问题的设计步骤,并将变轨过程在卫星工具包（satellite tool kit, STK）场景中进行了演示。仿真结果表明两种方法均能满足Lawden一阶最优必要条件。     

基于小波变换的轨道摄动时间序列建模及仿真

卫星摄动分析是卫星定轨的关键。卫星摄动变化规律复杂,直接影响定轨精度和计算效率。在摄动力分类和轨道摄动偏差统计分析的基础上,给出了一种基于小波变换的卫星轨道摄动时间序列分析建模方法。研究了基于小波变换的卫星轨道摄动偏差特征提取方法,能够对轨道摄动偏差做出很好的预测和噪声平滑;采用时间序列分析方法,构造了摄动偏差残差的统计模型;建立了基于卫星轨道摄动偏差残差AR（2）平稳时间序列表示的稀疏参数化卫星摄动的精确模型,达到对卫星轨道进行有效预测的目的。     

轨道分析解的改进方法及其应用

主要介绍一种通过改进各类轨道摄动项的表达形式,以优化计算效率的轨道分析解改进方法。以低地球轨道为例,阐述了轨道分析解改进后的具体算法,并通过数值仿真分析验证了算法的有效性和实用性。算法以第一类无奇点根数作为轨道状态量,采用开普勒轨道根数计算各类摄动力的长期、长周期和短周期项,通过较简单的组合形式计算无奇点根数的对应摄动项,实现在保持分析解精度和消除小偏心率奇点的同时,提高计算效率。仿真结果表明,分析解算法的模型精度在1E-5量级,符合一阶分析解理论精度的预期;同时计算速度达到传统分析解算法的4倍左右,可有效提升空间碎片轨道预报的计算效率,具有较强的工程应用价值。     

椭圆轨道上目标监测绕飞轨道构型设计与构型保持

重点研究了对椭圆轨道上非合作目标进行长期绕飞监测的相对运动轨道构型设计与构型保持问题。利用轨道要素法建立了适用于目标轨道为椭圆轨道的相对运动模型,推导了以目标为中心的周期性绕飞运动的必要条件,考虑绕飞安全距离约束给出了满足目标监测要求的绕飞轨道设计方法,针对J₂摄动和大气阻力摄动作用对绕飞轨道构型的影响,提出了绕飞轨道构型保持脉冲控制策略,建立了燃料最省构型保持非线性规划模型。仿真结果表明, 所提出的构型设计方法简单有效,适用于对椭圆轨道上目标的绕飞相对运动分析,基于非线性规划方法的构型保持最优控制方法能够有效实现燃料最省绕飞轨道构型保持的高精度控制。     

多终端仅测速实时定轨的自适应联邦STCKF算法

针对多手持终端仅测速实时定轨问题,设计了一种自适应联邦强跟踪容积卡尔曼滤波(strong tracking cubature Kalman filter,STCKF)算法。首先,使用欧拉预测校正法对带J2项摄动的轨道动力学方程进行离散得到状态方程。然后,为每个手持终端设计了STCKF滤波算法,该算法基于强跟踪滤波(strong tracking filter,STF)的等价表示计算次优渐消因子以在线实时调整增益矩阵,提高短弧段内滤波估计收敛速度。进而,利用信息最优合成算法对每个终端输出的局部定轨结果进行融合,为提高信息融合精度,信息分配因子由误差协方差矩阵的Frobenius范数自适应确定。最后的仿真结果表明,欧拉预测校正法可以有效提高轨道动力学方程离散精度,自适应联邦STCKF算法可以有效提高实时定轨精度和滤波收敛速度。