基于参数优化的脉冲轨道设计.pdf

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1、上海航天AERoSPACESHANGHAI2010年第1期文章编号l1006—1630(2010)01—0020—06基于参数优化的脉冲轨道设计刘恒，雷涛，李顺利，梁新刚(哈尔滨工业大学航天学院，黑龙江哈尔滨150001)摘要：基于参数优化设计了一种可处理各类脉冲轨道优化的一般方法，并给出了两种确定最优脉冲数的方法。以脉冲矢量与脉冲施加时刻为未知参数，将脉冲轨道优化设计转为非线性参数优化，用合适的非线性规划算法求解。主矢量理论对所得解最优性的验证表明该方法可行。关键词：轨道机动；主矢量；参数优化I非线性规划；最优脉冲数中图分类号：V412．41文献标示码：AO

2、ptimalDesignforImpulsiveOrbitalManeuverBasedonParametersOptimizationThinkingLIUHeng，LEITao，LIShun-li，LIANGXing-gang(SchoolofAstronautics，HarbinInstituteofTechnology，HarbinHeilongjiang150001，China)Abstract：Anewmethodwhichwoulddealwithgeneralimpulsiveorbitmaneuverwasgivenoutbasedonpar

3、ametersoptimizationdesigninthispaper．Twosimpleandeffectivemethodswereraisedtodeterminethenumbersoftheoptimalimpulses．Theimpulsiveorbitmaneuverproblemwasconvertedtoparametersoptimizationwhenthevelocityimpulsevectorsandtheinstanttimesatwhichtheseimpulseswereappliedwerechosenasunknownp

4、arameterstobeoptimized．Theoptimalsolutionswerecalculatedbysuitablenonlinearprogram．Theoptimalityofsolutionsverifiedbyusingtheprimervectortheoryshowedthatthismethodwasfeasible．Keywords：Orbitalmaneuvour；PrimervectorParameteroptimization；NonlinearprogrammingOptimalimpulsesnumber0引言对脉冲轨

5、道优化，LAWDEN提出了著名的主矢量理论；PRUSSING基于主矢量理论求解了最优多脉冲机动；LION，ANDELSMAN等基于主矢量理论给出了确定最优脉冲解的方法[1~6]。但这些方法的使用均有不同程度的不便性，如主矢量理论虽给出了最优脉冲的条件，但不适于求解；PRUSS-ING的方法则需在圆轨道附近作线性化，且多是固定时间问题；L10N等给出的确定最优脉冲方法基本上是一种多次试验方法。近年来，一些优秀的非线性规划算法在航天器连续推力轨迹优化中获得了运用，并取得了丰硕成果，但却较少涉及脉冲轨道优收稿日期：2008—05-12，修回日期：2008-05—26

6、作者简介：刘恒(1984一)．男，硕士生，主要研究方向为新型空间平台轨道优化设计。化。为此，本文采用非线性规划算法(SNOPT，Kni—tro等)，对基于参数优化的脉冲轨道优化进行了研究。1脉冲轨道机动参数优化模型一个典型的脉冲机动过程如图1所示。岛d岛帕I．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．J．．．．．．．．．．．．．．：．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．_L⋯⋯．tltt，Avlt2，锄r0,珊图1脉冲机动过程Fig．1Impulsivemaneuversequence设航天器在时刻t。以初始位置和速度ro，Vo出发，经时间￡一，在时刻tt施

7、加速度脉冲△'，，，经时间￡。吨在时刻t：施加速度脉冲△'，z，经时间tspan3到达时刻t。，依此类推，在时刻t；施加速度脉冲△峨=2010年第1期刘恒。等：基于参数优化的脉冲轨道设计[av缸Av毋Av曲]，经时间￡咖耐+l到达时刻tl+l。由此脉冲机动过程可知：描述一个速度脉冲需参数4个，分别是速度脉冲的施加时刻ti及脉冲矢量的3个分量△口血，△口妇，△口。。对某咒脉冲轨道机动，从参数优化角度考虑，求解的关键是确定针对某性能指标的行组(共4咒个)最优参数。因此，可将脉冲机动转为针对这个参数的优化，从而用非线性规划算法求解，解的最优性由非线性规划算法本身保证

8、。考虑到未知的速度脉冲矢量以直角坐标的