基于能量的天基拦截轨道设计与优化

在空间作战轨道拦截问题中,研究了天基拦截器的最小能量拦截轨道优化问题。针对拦截器远距离单脉冲拦截消耗燃料过多的问题,在以往的单脉冲最小能量拦截轨道基础上继续减小了拦截器燃料的消耗。首先运用全局搜索法,以某个在轨卫星为天基平台,在某个时间段内,快速搜索出单脉冲最小能量拦截轨道;再以单脉冲最小能量拦截轨道为基础,建立多脉冲拦截轨道的数学模型,以拦截器需要消耗的总燃料最少为目标,利用非线性规划方法对此单脉冲最小能量拦截轨道进行进一步的多脉冲优化。仿真结果表明,单脉冲最小能量拦截轨道经过多脉冲优化后,拦截器需要的总速度增量减小了,即达到了减轻拦截器燃料负担的目的。     

基于混合粒子群算法的远程机动轨道优化设计

研究了粒子群算法在空间飞行器连续推力轨道机动最优化问题.为优化空间飞行器轨道,给出了空间飞行器轨道机动最优化控制问题模型,运动方程用地心惯性坐标系下建立;性能指标选为轨道机动过程中时间最小;控制变量为推力攻角;终端状态受到位置和速度的约束.针对粒子群算法的缺点,提出混合粒子群算法,即将全局寻优能力强的粒子群算法和局部寻优能力强的非线性规划相结合,以提高算法的搜索精度和收敛速度.并将其应用于连续推力空间飞行器轨道机动优化之中.仿真表明混合粒子群算法对于空间飞行器远程机动轨道初始参数取值不敏感,具有一定的鲁棒性,生成的轨道能够较好地满足各种约束条件,并可以应用于空间飞行器连续推力轨道最优机动问题的求解.     

天基动能武器拦截轨道的确定方法研究

针对天基动能武器速度增量大、拦截时间小的特性,提出了一种新的确定预测拦截点的方法.对已有的拦截轨道确定方法进行了改进,首先从已知的椭圆轨道上选取两点及其间隔时间,再用两种不同的迭代算法来求解半通径以获得轨道参数.然后通过仿真对比,分析了改进方法与原有方法的优缺点和适用性.验证表明改进方法迭代次数较少,耗时较短,特别是在所求椭圆轨道偏心率较大和已知点的位置与所要求的半通径相差较大时,迭代次数更小,能够较好地适用于天基动能武器拦截轨道的确定.     

卫星在降交点地方时不变的最优轨道转移研究北大核心CSCD

卫星在运行时要求降交点地方保持不变,而在卫星变轨前后降交点地方时不变情况下要用有限推力燃料达到最优异面轨道转移问题。针对降交点地方时不变、有限推力等难点,利用虚拟目标卫星的概念,建立了轨道转移的相对运动模型,提出了保证降交点位置不变的变轨初始条件;基于极小值原理将燃料最优变轨问题转化为两点边值问题,并采用共轭梯度法进行数值求解。针对变轨时间固定、连续推力情况,以总冲最小、满足各种约束为指标,进行了异面转移轨道的优化设计验证。仿真结果验证了卫星轨道转移策略和算法达到最优转移。     

登月软着陆轨道优化算法研究

月球软着陆轨道优化是月球探测中的关键技术之一,研究了基于燃料最优的定常推力月球探测器软着陆轨道优化问题.在优化算法中,首先对软着陆轨道动力学方程做归一化处理,经过将软着陆轨道离散化,应用函数逼近法拟合推力控制角,从而将轨道优化问题转化为参数优化问题,最后设计了蛙跳算法作为搜索优化方法.仿真结果表明设计的轨道较好地满足了所要求的约束条件,同时蛙跳算法具有很高的优化精度,并且应用比较简便,可以应用于登月软着陆的轨道优化设计任务.     

火星探测器制动捕获多目标优化策略

本文提出了一种基于动态加权算法的火星探测器制动捕获多目标优化策略,该策略在火星探测器制动捕获过程中同时考虑制动目标轨道精度和燃料消耗,相对于传统的捕获策略,具有同等运算量下更易收敛到最优解的优势.本文以制动推力方向沿火星探测器速度反向的制动捕获方法为例,首先,描述了有限推力下火星探测器的制动捕获问题,然后,针对优化模型的非线性动态耦合特性,研究了基于自适应参数调整的动态PSO算法,最后,应用动态PSO算法和动态加权算法,设计了火星探测器制动捕获多目标优化策略.仿真分析表明,相比于传统的单目标优化策略,本文设计的火星探测器制动捕获多目标优化策略,不仅能够满足精度要求,而且更容易得到燃料相对最优值,减少燃料消耗.因此具有一定的研究和应用价值.     

船舶动力定位系统推力分配策略研究

针对船舶动力定位系统推力分配过程中推进系统的燃油消耗大、推进器磨损严重、推力误差存在等现象,提出一种以带权重的伪逆算法为基础、合理高效地解决船舶推力分配问题的方法.整个推力优化分配的目标是使推进系统的能耗最小,同时考虑推进器的方位角变化速率,推进器的推力禁区、推力饱和限制等情况,静态解决方法给出了基于最小能量的各推力的优化方向,在考虑禁止角情况下,全回转推进器方向角可以缓慢变化,而动态解决方法提供了动态能力.两者结合后,成为一种以能量优化为目的的推力分配算法.经仿真验证,静态和动态相结合的推力分配算法要比纯静态的算法消耗更少的能量,而且误差更小,应用前景比较广泛.     

小推力轨道转移快速优化设计

在研究电推进系统中,为满足小推力转移轨道高精度在线生成的要求,伪光谱方法在电推进小推力轨道转移优化设计中的应用。首先对小推力航天器轨道转移最优控制问题模型进行无量纲化处理,以提高优化算法求解精度。然后采用基于勒让德-高斯-兰伯特配置点的勒让德伪光谱方法,将最优控制问题离散成约束参数优化问题,再利用适于求解大尺度非线性规划问题的TOMLAB/SNOPT优化软件包进行求解。通过数值仿真计算,求解生成了满足各类约束条件的小推力转移轨道,并利用余向量映射定理及极小值原理验证了所得轨道转移控制量的最优性。结果表明,勒让德伪光谱优化算法具有对初始猜测值不敏感、收敛速度快、精度高等优点。     

基于遗传算法的有限推力交会轨道优化仿真

针对有限推力空间飞行器交会对接逼近段燃料/时间组合最优轨道优化问题,提出了一种采用遗传算法求解的优化策略.以C-W方程为交会模型,将整个逼近段分为若干弧段,在每个弧段内追踪航天器均采用常值推力机动,这样可以求得C-W方程在每个弧段内的解析解,于是,交会对接逼近段的轨道优化问题可以转化为具有非线性约束的数学规划问题,最后采用广义拉格朗日-遗传算法对该问题进行了优化求解.数学仿真结果表明,该方法可以很好的解决交会对接终端逼近段燃料/时间组合最优轨道优化问题.     

基于混合遗传禁忌搜索算法的多机器人任务分配

为解决传统遗传算法在求解仓储多机器人任务分配问题时，收敛速度慢且容易陷入局部极值的问题，该文提出一种混合遗传禁忌搜索算法。首先以机器人配送成本最小为目标建立数学模型；然后在传统的遗传算法中引入禁忌搜索算法中的禁忌表和藐视准则，来对遗传算法每次迭代后的种群进行优化调整，使得算法能够跳出局部最优且快速收敛。仿真结果表明，混合遗传禁忌搜索算法能有效地改善遗传算法的全局寻优能力，提升仓储的整体运行效率。