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基于无约束优化的月球探测器软着陆轨道设计
曹铁霖;李瑞;宋梦鸽;王阳阳
【期刊名称】《福建电脑》
【年(卷),期】2015(0)3
【摘要】嫦娥三号探测器是中国国家航天局嫦娥工程第二阶段的登月探测器，包括着陆器和月球车。
它承载着重要的探月使命，在此期间将抓取月壤在车内进行分析，得到的数据将直接传回地球。
为保证登月探测器在月球表面平稳的降落并且能够有效应对外太空环境下各种因素造成的干扰，确定嫦娥三号月球探测器着陆准备轨道，建立了动力学模型。
【总页数】2页(P44-45)
【作者】曹铁霖;李瑞;宋梦鸽;王阳阳
【作者单位】河南师范大学软件学院河南新乡 453007;河南师范大学软件学院河南新乡 453007;河南师范大学软件学院河南新乡 453007;河南师范大学软件学院河南新乡 453007
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于进化策略的月球软着陆探测器轨道设计 [J], 罗宗富;孟云鹤;汤国建
2.月球探测器直接软着陆最优轨道设计 [J], 和兴锁;林胜勇;张亚锋
3.月球探测器软着陆精确建模及最优轨道设计 [J], 周净扬;周荻
4.基于LGL伪光谱-SQP算法的嫦娥三号月球软着陆轨道最优化设计 [J], 刘怡;武
红芳
5.基于广义乘子法的月球软着陆轨道快速优化设计 [J], 赵吉松;谷良贤
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月球着陆轨道的一种快速优化方法
赵吉松;谷良贤
【期刊名称】《宇航学报》
【年(卷),期】2009(030)004
【摘要】提出一种基于积分变换,广义乘子法和拟牛顿法的月球着陆轨道快速优化方法.从探月器质心运动方程组出发,通过积分变换,将其对时间变量的积分转化为对状态变量(探月器环绕月心的旋转角速度)的积分,使得原问题转化为终端积分变量固定型最优控制问题.在此基础上,通过优化变量的直接离散化和四阶Admas预测一
校正数值积分方法,将月球最优着陆问题转化为有约束非线性规划问题.采用广义乘
子法处理约束条件,采用拟牛顿法求解处理后的无约束最优化问题.仿真结果表明:此方法收敛速度快(耗时小于1 s),优化精度高(接近理论最优解),对初始控制量不敏感、鲁棒性好,可用于探月器机载计算机实时生成着陆轨道.
【总页数】5页(P1564-1568)
【作者】赵吉松;谷良贤
【作者单位】西北工业大学航天学院,西安710072;西北工业大学航天学院,西安710072
【正文语种】中文
【中图分类】V412.4
【相关文献】
1.月球软着陆轨道优化方法比较研究 [J], 张建辉;张峰
2.一种月球软着陆优化方法 [J], 林胜勇
3.基于直接配点法的月球软着陆轨道快速优化 [J], 涂良辉;袁建平;罗建军;方群
4.基于高斯-伪谱法的月球定点着陆轨道快速优化设计 [J], 彭祺擘;李海阳;沈红新
5.基于SQP方法的常推力月球软着陆轨道优化方法 [J], 孙军伟;乔栋;崔平远因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
月面着陆动力下降段最优轨迹序列凸优化方法
邓雁鹏;穆荣军;彭娜;吴鹏
【期刊名称】《宇航学报》
【年(卷),期】2022(43)8
【摘要】针对月面着陆器动力下降制导过程中,时变惯性加速度和重力加速度难以估计与补偿等问题,提出一种基于序列凸优化的在线制导算法。
在考虑月面曲率及月球自转的着陆器动力学建模基础上,首先对模型及约束条件进行凸化,得到一个二阶锥规划(SOCP)问题;然后对经典序列凸优化进行了改进,对时变加速度剖面予以实时估计和补偿,提升了现有优化算法的性能,使着陆器在尽可能节约燃料的前提下实现高精度着陆。
仿真结果表明,与经典的显式制导律相比,所提出的算法在动力下降段燃料消耗更少。
由多种位置偏差下的打靶分析结果可知,所提出的算法均能满足性能指标要求;即使起始位置存在±2500 m的较大波动时,仍能以高精度的速度、位置完成动力下降制导。
【总页数】11页(P1029-1039)
【作者】邓雁鹏;穆荣军;彭娜;吴鹏
【作者单位】哈尔滨工业大学航天学院;上海航天电子技术研究所
【正文语种】中文
【中图分类】V412.41
【相关文献】
1.一种燃料最省的火星精确着陆动力下降段快速轨迹优化方法
2.载人月面着陆器动力下降段自适应姿态控制
3.火星着陆器动力下降段燃料最优精确着陆轨迹计算与分析
4.行星着陆动力下降段相对视觉导航方法
5.月球探测器动力下降段最优轨迹参数化方法
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第30卷第4期2009年7月宇 航 学 报Journa l o f A stronau ti csV o.l 30July N o .42009月球着陆轨道的一种快速优化方法赵吉松,谷良贤(西北工业大学航天学院,西安710072)摘 要:提出一种基于积分变换,广义乘子法和拟牛顿法的月球着陆轨道快速优化方法。
从探月器质心运动方程组出发,通过积分变换,将其对时间变量的积分转化为对状态变量(探月器环绕月心的旋转角速度)的积分,使得原问题转化为终端积分变量固定型最优控制问题。
在此基础上,通过优化变量的直接离散化和四阶A d m as 预测-校正数值积分方法,将月球最优着陆问题转化为有约束非线性规划问题。
采用广义乘子法处理约束条件,采用拟牛顿法求解处理后的无约束最优化问题。
仿真结果表明:此方法收敛速度快(耗时小于1s),优化精度高(接近理论最优解),对初始控制量不敏感、鲁棒性好,可用于探月器机载计算机实时生成着陆轨道。
关键词:月球着陆;快速优化;积分变换;广义乘子法;拟牛顿法中图分类号:V 412.4 文献标识码:A 文章编号:1000-1328(2009)04-1564-05DO I :10.3873/.j issn .1000-1328.2009.00.042收稿日期:2008-09-26; 修回日期:2008-10-250 引言在月球表面实现着陆是月球勘探的重要前提。
由于月球表面没有大气,着陆器的速度必须完全由制动发动机抵消,所以减少燃料消耗是增加有效载荷的关键所在。
月球最优着陆问题是终端时间自由型最优控制问题,其求解方法分为间接法和直接法[1]。
间接法主要借助于变分法或庞特里亚金最大值原理(Pon -tryag i n .s M ax i m al Pri n ciple ,P M P)将泛函优化转化为两点边值问题(Tw o Po i n t Boundary V al u e Prob -le m,TPB VP),然后采用打靶法求解。
非合作空间目标自主交会凸优化制导技术池贤彬;许琦;李之强;岳晓奎【摘要】为解决非合作空间目标机动、自旋、章动等动态特性对自主交会过程带来的困难和挑战,在某飞行器姿轨控一体化推进系统配置的基础上,充分考虑各类约束后构建标准的凸优化自主交会数学模型;着重分析了非合作目标动态特性对制导误差的影响,设计相应的修正策略;以原始对偶内点法作为核心求解器,设计了具备状态预测和更新能力的制导算法;数学仿真验算表明,该方法合理可行,克服了动态特性造成的接近轨迹偏差,良好地适应了非合作交会任务.【期刊名称】《宇航学报》【年(卷),期】2018(039)011【总页数】10页(P1248-1257)【关键词】非合作空间目标;自主交会;凸优化;制导【作者】池贤彬;许琦;李之强;岳晓奎【作者单位】湖北航天技术研究院总体设计所,武汉430040;西北工业大学航天学院,西安710000;湖北航天技术研究院总体设计所,武汉430040;西北工业大学航天学院,西安710000;湖北航天技术研究院总体设计所,武汉430040;西北工业大学航天学院,西安710000【正文语种】中文【中图分类】V448.20 引言非合作空间目标是指在空间交会接近操作(Rendezvous and Proximity Operations, RPOs)中，该类目标不受控制，且往往具有不稳定机动、自旋和章动等运动状态。
追踪航天器和非合作目标无法保持稳定的相对状态，这对RPOs的姿态和轨迹规划、制导和控制过程带来巨大困难。
针对空间非合作目标的自主交会接近技术具有广阔的应用前景，如：空间碎片及小行星的探索任务；失效航天器在轨维护任务；空间拦截与对抗任务。
面向非合作目标的典型航天任务包括NASA的“深度撞击”彗星撞击任务与ESA的“罗塞塔(Rosetta)”彗星登陆探测计划等。
其中，罗塞塔卫星于2014年11月12日，释放登陆器“菲莱(Philae)”，对67P彗星实施软着陆。
月球软着陆轨道优化方法比较研究
张建辉;张峰
【期刊名称】《工程数学学报》
【年(卷),期】2012(029)003
【摘要】月球软着陆轨道优化问题是一非线性、终端时间自由且带有控制约束的最优控制问题.月球探测器软着陆轨道优化的难点在于怎么处理自由的终端时间,如何把非线性的控制问题转换为易于处理的优化问题.本文介绍了月球探测器的几种软着陆方式和月球探测器轨道的多种优化方法,对各种优化算法进行了一个大概的分类,并对各种优化算法的优缺点进行了分析比较.进而,总结了解决月球探测器软着陆轨道优化问题难点的几种有效方法,为未来我国的月球软着陆工程提供了参考.【总页数】11页(P355-365)
【作者】张建辉;张峰
【作者单位】西安交通大学数学与统计学院,西安710049;解放军63778部队,佳木斯154002;西安交通大学数学与统计学院,西安710049
【正文语种】中文
【中图分类】V412.41
【相关文献】
1.一种月球软着陆优化方法 [J], 林胜勇
2.基于SQP方法的常推力月球软着陆轨道优化方法 [J], 孙军伟;乔栋;崔平远
3.载人月球软着陆任务紧急中止轨道分析与设计 [J], 曹涛;谭天乐;贺亮
4.月球软着陆燃料最省轨道研究 [J], 李存祖
5.基于LGL伪光谱-SQP算法的嫦娥三号月球软着陆轨道最优化设计 [J], 刘怡;武红芳
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基于蚁群算法的月球软着陆轨迹优化
段佳佳;徐世杰;朱建丰
【期刊名称】《宇航学报》
【年(卷),期】2008(029)002
【摘要】针对基于最省燃料的月球软着陆轨迹优化问题进行了研究.首先通过改进的函数逼近法,将月球软着陆的轨迹优化问题转化为参数优化问题,并且使优化变量及状态变量均有明确的物理意义.然后利用增加了局部搜索策略的十进制蚁群算法对该优化问题进行研究.仿真算例证明十进制蚁群算法能快速地搜索到满足终端约束条件的最优月球软着陆轨迹,而且燃料消耗也与采用极大值原理得到的最优燃料消耗相当;同时与改进的遗传算法-自适应模拟退火遗传算法相比,在优化精度相差不多的情况下十进制蚁群算法收敛速度要快很多.仿真结果也说明增加局部搜索策略的十进制蚁群算法具有优良的全局和局部搜索能力.
【总页数】7页(P476-481,488)
【作者】段佳佳;徐世杰;朱建丰
【作者单位】北京航空航天大学宇航学院,北京,100083;北京航空航天大学宇航学院,北京,100083;中国科学院空间科学与应用中心,北京,100080
【正文语种】中文
【中图分类】V448.233
【相关文献】
1.基于改进蚁群算法的PDC钻头孔位加工轨迹优化 [J], 魏明强;冯欣;杨赫然;孙兴伟
2.改进的蚁群算法在修磨轨迹优化中的应用 [J], 武利生;权龙;杨付生
3.基于空间滤波的月球软着陆避障方法 [J], PENG Yang-yang;ZHU Ying-hao;TIAN Bing;WU Yu-hang
4.基于改进蚁群算法的航天器再入轨迹优化 [J], 王银; 王斌
5.基于空间滤波的月球软着陆避障方法 [J], 彭杨杨;朱英豪;田冰;吴宇航
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火箭垂直回收多阶段最优轨迹规划方法邵楠; 闫晓东【期刊名称】《《宇航学报》》【年(卷),期】2019(040)010【总页数】10页(P1187-1196)【关键词】垂直着陆; 凸优化; 二阶锥规划; 伪谱离散; 多阶段轨迹优化【作者】邵楠; 闫晓东【作者单位】西北工业大学航天学院西安710072【正文语种】中文【中图分类】V448.10 引言火箭从高空返回并垂直定点着陆回收是火箭重复使用的一种重要方式。
对于火箭垂直回收任务而言，回收过程不仅要进行减速并精确着陆，还要满足返回过程中各种过程约束，此外还要使得燃料消耗最小。
由于火箭回收的初始高度比较高，一般而言，整个返回弹道可以分为三段：动力减速段、气动减速段和动力着陆段。
动力减速段为使火箭动压降低至满足栅格舵工作条件的状态；气动减速段对射程起到调制作用，并尽可能地利用气动力降低终端位置误差；动力着陆段需要满足位置、速度、姿态等终端约束实现定点垂直着陆。
由于火箭回收制导任务的复杂性，满足多约束条件并具有快速收敛特性的制导算法一直是众多学者研究的方向。
文献[1-3]提出了一种凸规划算法，用于求解火星精确着陆相关的最小燃料动力下降制导问题。
他们提出“无损凸化”的概念，使得非凸控制约束的轨迹优化问题转化为一个有限维二阶锥规划问题，并在该问题的基础上进一步引入推力指向约束，使改进的动力降落制导算法对推力约束和推力指向约束都产生了无损凸化。
该方法忽略了气动力的作用，通过线性搜索步骤确定终端时刻，无需迭代即可算出最优解[4-6]。
然而其固定的终端时刻，无法保证开机-终端时刻组合的最优性。
文献[7-8]进一步提出了一种以燃料最优为指标的动力着陆问题的逐次凸化算法并给出了逐次凸化的证明。
在该算法中，引入了气动阻力和包括自由终端时间在内的各种非凸约束，通过逐次凸化、逐次线性化虽然增大了计算量，但是能够解决更复杂的约束情况[9-11]。
王劲博等[10]针对火箭动力定点垂直着陆提出一种高精度快速轨迹优化算法，算法将凸化技术与伪谱离散方法有机结合，将非凸、非线性优化问题转化为凸优化问题，进而充分利用凸优化的求解快速性、收敛确定性以及伪谱法离散精度高的特点，实现了考虑阻力的两阶段轨迹优化。
基于改进凸优化方法的火箭着陆段制导研究
陈凝期;陈迪剑;单艳锋;钟昊
【期刊名称】《兵器装备工程学报》
【年(卷),期】2024(45)4
【摘要】火箭垂直着陆理想状态是下降过程中保持推力值接近重力大小,着陆瞬间等于重力。
目前使用广泛的凸优化制导方法产生的推力调节曲线为Bang-Bang形式,发动机根据当前状态和目标状态调节推力在最大值与最小值之间跳变。
采用凸优化方法制导使得火箭下降过程中加速度过大,其稳定性无法保证。
提出了一种基于改进凸优化方法的火箭着陆制导律。
以燃料最优为目标,使用基于凸优化的制导方法规划产生初始轨迹。
在初始规划控制曲线上选取合适离散点,计算基于凸优化制导律控制量相邻两离散点之间的斜率值,将计算所得斜率突增点作为算法切换点,在火箭调节推力值到达突增点时切换为基于四次多项式的制导律直至着陆。
仿真结果表明,相比于现有的单一制导方法,所提出方法解决了传统凸优化方法应用过程中减速过快的问题,同时最大程度上减少了燃料的消耗。
【总页数】9页(P33-41)
【作者】陈凝期;陈迪剑;单艳锋;钟昊
【作者单位】中国计量大学机电工程学院;杭州海康威视数字技术股份有限公司【正文语种】中文
【中图分类】V448.13
【相关文献】
1.火箭垂直回收着陆段在线制导凸优化方法
2.基于改进序列凸优化的固体火箭入轨制导方法
3.火箭垂直着陆段制导方法研究
4.火箭返回制导动力着陆段的自适应启动方法
5.运载火箭动力着陆段制导控制方法综述与展望
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