空间交会V—bar接近冲量机动运动分析

从相对运动与绝对运动两方面全面阐述空间交会V—bar接近冲量机动变轨的运动规律。交会接近段的起点与终点为绝对运动转移轨道通径的两个端点，转移轨道半长轴略大于机动变轨前的轨道半径，转移轨道偏心率以及追踪星对目标星缩减的地心角取决于径向速度增量，并给出视界角设计方法。     

航天器交会中的Lambert问题

应用Lagrange转移时间方程研究空间交会中的Lambert问题,包括经典Lambert问题(飞行弧段不足一圈的椭圆型轨道转移)与多圈Lambert问题(飞行圈数超过一圈的轨道转移),阐述转移轨道的几何特性与转移轨道类型,分析转移时间与转移轨道参数及变轨速度增量之间的关系。对航天器交会中常用的圆轨道之间的双冲量转移,给定转移角与转移时间,阐述最小变轨速度增量所对应的转移圈数与轨道参数的求解方法,提出满足最小变轨速度增量要求的轨道转移的图解法。对给定的初始分离角与交会时间,按最小变轨速度增量要求,确定航天器交会的初始漂移时间、双冲量轨道转移时间与终端停泊时间。     

基于二次方程组的邻近圆轨道四冲量最优交会

研究了一种基于二次方程组的邻近圆轨道四冲量最优交会的求解方法．给出邻近圆轨道交会的无量纲化动力学方程及相应的基向量方程，介绍由Carter提出的一种基于二次方程组的四冲量最优交会的求解方法，在提出邻近圆轨道最优冲量交会的原始解、相反解、对偶解、对偶相反解概念的基础上，分析基于二次方程组的四冲量最优交会的求解方法存在的问题，并给出修正方法．仿真结果表明，该方法是对Carter提出的基于二次方程组的四冲量最优交会求解方法的有效补充．     

论空间交会中的径向连续推力机动与N次推力机动

文章从相对运动和绝对运动两方面分析径向小推力连续机动在空间交会V-bar接近中的运动规律，对冲量型、连续型和N次推力三类径向推力策略的性能进行比较。径向小推力连续机动的相对运动轨迹呈“旋轮线”型式。N次机动策略变轨速度总和与冲量型转移及连续推力机动所需的变轨速度相等，轨道控制能力提高，视界角比冲量型转移的视界角小，转移时间比连续型推力所需时间减少，且能适应范围更广的推力阶。N次推力机动策略综合性能优良。     

基于线性协方差方法的交会对接误差分析

将线性协方差分析方法和蒙特卡罗仿真相结合,按交会任务和飞行特征把交会过程分为变轨飞行、自由飞行和中途速度修正三种特征段,研究了状态误差的传播规律和交会过程中各种误差对交会对接精度的影响.在变轨飞行段,分析了追踪航天器的姿态误差、控制系统性能状态估计误差,以及目标航天器轨道摄动对状态误差传播的影响.在自由飞行段,分析了追踪航天器估计状态误差的先验值和测轨误差对状态误差传播的影响.在中途速度修正段,分析了追踪航天器姿态误差和控制系统性能误差对状态误差传播的影响.仿真结果表明,误差分析方法设计合理,可以指导交会对接的轨道设计工作,能对已经设计好的交会策略进行误差分析和设计验证.     

基于冲量变轨原理的地球同步卫星有限推力变轨策略

  推力有限时，地球同步轨道卫星在远地点变轨的弧段很长，会导致较多的燃料消耗。基于冲量变轨原理，研究了地球同步轨道卫星远地点有限推力多次变轨问题，提出了具有星下点约束的最省燃料变轨方案，给出了每次变轨的推力方向和点火起止时刻及最优中间过渡轨道。仿真结果验证了该方案的有效性。     

误差情况下航天器交会任务的实现

在进行航天器交会对接制导方案设计时，必须考虑在误差情况下航天器交会任务的实现。在水平推力冲量多弧段交会机动方案基础上，设计了二次冲量修正法对各种误差引起的交会过程误差进行制导修正。仿真算例结果表明，设计的制导方法是可行的，而且不影响原交会机动制导方案的优点。     

小卫星三轴稳定模式下的有限推力轨道转移

由搭载方式发射的小卫星,通常需要变轨才能进入自己的工作轨道。这种变轨一般由小推力发动机执行,传统的冲量变轨方法存在较大局限性。文章研究了在小推力作用下,小卫星由椭圆停泊轨道进入共面圆工作轨道的点火信息求解方法;给出对地定向三轴稳定模式下和俯仰角偏置三轴稳定模式下的变轨控制仿真结果;提供了对任务设计有参考价值的结论。     

最优冲量交会的研究进展

 对最优冲量交会的研究进展进行综述，介绍最优冲量交会中四类比较典型的研究成果：基于冲量校正理论的最优冲量交会、Lambert最优冲量交会、利用数值方法求解的最优冲量交会和基于邻近圆轨道交会理论的最优冲量交会，并分析这些类型的最优交会的特点。     

基于多冲量能耗估算的小推力任务窗口搜索

针对小推力轨道设计中任务窗口参数具有范围跨度大、非连续性强、对设计结果影响显著等特点,提出了一种基于多冲量能耗估算的任务窗口搜索方法.该方法基于多冲量轨道和小推力轨道的能耗一致性,先由朗伯特两冲量轨道经过数次迭代扩展快速获得多冲量轨道,再通过多冲量轨道能耗估算对任务区间进行全局栅格搜索,最终得到任务窗口的可行区域.仿真结果表明:1)该方法同时适用于交会和飞越任务;2)同朗伯特两冲量相比,它与小推力轨道能耗的一致性更强;3)同Sims和Flanagan最优多冲量相比,计算时间缩短了1～2个量级,计算效率显著提高.地球—火星交会任务的仿真应用表明,该方法只需8.59s即可获得任务窗口的可行区域,进而快速给出小推力最优转移轨道,验证了该方法的有效性.     

基于预测校正方法的RLV再入制导律设计

针对高超声速可重复运载器RLV(Reusable Launch Vehicles)的再入飞行问题,利用数值预测校正方法与准平衡滑翔条QEGC(Quasi-Equilibrium Glide Condition)相结合的方法在线设计同时满足热流、法向过载和动压等轨迹约束与末端精度要求的倾侧角制导律.建立三自由度动力学方程,确定初始条件、末端精度要求和轨迹约束要求;然后详细阐述预测校正方法和准平衡滑翔条件的原理,再利用预测校正方法设计制导律,用QEGC把约束转换为对倾侧角制导律的上界,通过限制倾侧角的幅值来限制约束.最后在计算机上进行制导仿真,并考虑初始条件不确定性,进行蒙特卡洛仿真,通过分析仿真结果,证明利用预测校正方法结合准平衡滑翔条件可以快速的设计出满足末端精度要求和轨迹约束的制导律,并对初始条件不确定性有较好的鲁棒性.     

微小型无人直升机避障最优轨迹规划

针对无人直升机在低空复杂环境下避障飞行问题，提出了一种基于非线性最优控制理论的求解策略.以避障机动飞行时间为优化目标，无人直升机六自由度非线性动力学方程为等式约束，直升机飞行性能限制以及三维空间中障碍物限制等因素为不等式约束，建立了避障机动飞行的最优控制模型.然后利用高斯伪谱法（GPM，Gauss Pseudospectral Method）将轨迹规划问题转化为非线性规划（NLP，Non-Linear Programming）问题，并采用序列二次规划算法进行求解.在此基础上研究了障碍物尺寸对最优轨迹的影响.计算结果表明，该方法能够以较高的精度生成真实可行的避障飞行轨迹，最优机动动作取决于障碍物纵横向尺寸比.     

过失速飞机最速指向目标机动研究

基于飞机质点动力学模型建立了指向活动目标的终端条件,并进行最速指向机动动作的数值优化,其中用共轭梯度法寻优,用罚函数处理约束条件.计算结果表明,优化可以指导寻找对应于不同战术要求的有利机动过程;在近距空战中,具有快速改变航迹方向并进入过失速超大迎角机动的能力非常有利于快速指向目标、争取首攻机会,而改变航迹方向倾向于使用最大升力区迎角.     

Multiobjective genetic optimization of Earth–Moon trajectories in the restricted four-body problem

In this paper, optimal trajectories of a spacecraft traveling from Earth to Moon using impulsive maneuvers (ΔV maneuvers) are investigated. The total flight time and the summation of impulsive maneuvers ΔV are the objective functions to be minimized. The main celestial bodies influencing the motion of the spacecraft in this journey are Sun, Earth and Moon. Therefore, a three-dimensional restricted four-body problem (R4BP) model is utilized to represent the motion of the spacecraft in the gravitational field of these celestial bodies. The total ΔV of the maneuvers is minimized by eliminating the ΔV required for capturing the spacecraft by Moon. In this regard, only a mid-course impulsive maneuver is utilized for Moon ballistic capture. To achieve such trajectories, the optimization problem is parameterized with respect to the orbital elements of the ballistic capture orbits around Moon, the arrival date and a mid-course maneuver time. The equations of motion are solved backward in time with three impulsive maneuvers up to a specified low Earth parking orbit. The results show high potential and capability of this type of parameterization in finding several Pareto-optimal trajectories. Using the non-dominated sorting genetic algorithm with crowding distance sorting (NSGA-II) for the resulting multiobjective optimization problem, several trajectories are discovered. The resulting trajectories of the presented scheme permit alternative trade-off studies by designers incorporating higher level information and mission priorities.     

基于SA*的CE-3巡视器机械臂就位探测任务规划

针对机械臂规划方法无法满足CE-3巡视器成像及探测光照约束、避碰及机械臂位形切换次数等约束的不足,提出一种基于SA^*的月面巡视器机械臂就位探测任务规划算法。该算法在机械臂的工作空间进行搜索,根据星历计算太阳光照以解决光照约束,通过层次包围盒高效准确地进行机械臂碰撞检测以满足机械臂与环境不存在干涉的约束条件,通过相邻运动行为的代价削减保证规划后机械臂位形切换次数最少。最终通过月面巡视器在轨任务结果验证该算法的可行性。     

Energy-optimal reconfiguration of satellite formation flying in the presence of uncertainties

In this study, a two-step control methodology is developed for energy-optimal reconfiguration of satellites in formation in the presence of uncertainties or external disturbances. First, based on a linear deterministic system model, an optimal control law is analytically determined such that a satellite maneuvers from an initial state to a final state relative to another satellite. The structure of this optimal solution is predetermined and simply given by a linear combination of the fundamental matrix solutions associated with the original equations of relative motion. Only the coefficients are to be determined to satisfy given initial and final conditions. In the second step, an uncertain nonlinear formation system is considered and a robust adaptive controller is designed to compensate for the effects of uncertainties or disturbances that the formation system may encounter. Although the control strategy is inspired by sliding mode control, it produces smooth control signals, thereby avoiding chattering. Also, an adaptation law is added such that the uncertainty or disturbance effects are effectively and quickly eliminated without a priori information about them. The combination of these two controllers guarantees that the satellite accurately tracks the optimal path in the unknown environment. Numerical simulations demonstrate the effectiveness and accuracy of the proposed two-step control methodology, in which a satellite formation is optimally reconfigured under unknown environmental disturbances.     

近圆轨道卫星编队捕获技术研究

基于近圆参考轨道的假设,研究处于同一入轨点多颗卫星的编队捕获方法,首先由高斯型拉格朗日轨道摄动运动方程得到轨道坐标系中控制冲量与轨道根数偏差的关系,基于近圆轨道的条件简化并带入相对运动方程,得到控制冲量与相对运动的关系表达式;通过深入分析各个方向(径向、沿迹向与轨道面法向)的控制冲量对相对运动的影响,给出了分别用径向与轨道面法向控制冲量组合和沿迹向与轨道面法向控制冲量组合实现编队捕获的两种控制策略;最后给出了一个空间圆编队捕获实例,并从燃料消耗、施加冲量次数及捕获时间等角度对比研究了两种控制策略的特点．仿真结果表明,这两种控制策略简单、实用,能够较好地解决近圆轨道卫星编队的捕获问题．     

基于星下点机动的再入飞行器离轨规划

针对约束再入点地理位置的再入飞行器离轨问题，提出了一种基于星下点机动的离轨规划方法。再入飞行器的离轨轨道设计受到飞行器当前轨道状态和再入点参数的约束。首先，基于轨道飞行原理，建立了一般椭圆轨道冲量模型下离轨制动参数和再入点参数的关系，分析了最优离轨的推力施加原则；其次，在考虑地球自转的前提下，提出了直接离轨必要条件，针对约束再入点经纬度的问题，完善了利用非线性规划优化方法确定有限推力模型下离轨点位置的策略，同时给出了符合燃料最优目标的离轨制动参数；最后，探讨了一般情况下初始轨道不满足直接离轨必要条件时，为满足星下点约束而进行的轨道机动施加策略。     

满足多约束的主动段能量管理制导方法

高超音速飞行器运载任务需要满足多项约束条件,针对耗尽关机型固体运载火箭需要在主动段进行能量管理.基于控制推力和速度之间夹角来实现主动段能量管理的思路,综合交变姿态控制能量管理(AEM,Alternate Attitude Control Energy Management)和一般能量管理(GEM,General Energy Management),提出了样条能量管理(SEM,Spline Energy Management)制导方法,并针对分离前定轴飞行约束条件进行了修正.以三级运载火箭为例,通过AEM,GEM和SEM对比,验证了样条能量管理制导方法的可行性.