基于高斯伪谱法的火星精确着陆轨迹优化方法研究

一种火星进入段在线脱敏轨迹设计方法
龙也;刘一武
【期刊名称】《空间控制技术与应用》
【年(卷),期】2016(042)002
【摘要】为降低轨迹求解难度,提升脱敏制导的适应性,针对火星进入段提出一种在线脱敏轨迹设计方法.首先,采用预测的末端航程偏差和状态敏感度作为性能指标,利用该指标为倾侧角凸函数的特性将最优求解问题转换为简单的动态寻优过程;其次,结合任务要求和估计的进入点状态,通过迭代得到同时满足航程和横程要求的三自由度脱敏轨迹.仿真表明该方法可达到与现有脱敏设计相近的末端状态精度.
【总页数】6页(P20-25)
【作者】龙也;刘一武
【作者单位】北京控制工程研究所,北京100190;空间智能控制技术重点实验室,北京100190;北京控制工程研究所,北京100190;空间智能控制技术重点实验室,北京100190
【正文语种】中文
【中图分类】V448.2
【相关文献】
1.一种考虑状态灵敏度的火星进入轨迹优化方法 [J], 彭玉明;尤伟;马彦涵
2.采用弱攻角补偿与脱敏设计的火星进入段制导 [J], 龙也;刘一武
3.火星进入段纵向脱敏局限性分析与三自由度脱敏设计 [J], 龙也;刘一武
4.火星大气进入段轨迹优化与制导技术研究进展 [J], CUI Ping-yuan;ZHAO Ze-duan;ZHU Sheng-ying
5.基于自适应伪谱法的升力式飞行器火星进入段快速轨迹优化 [J], 孙志远;刘智勇;张鹏
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采用利希滕贝格图的高超声速飞行器轨迹优化张笑妍;程昊宇;韩博;闫杰【期刊名称】《宇航学报》【年(卷),期】2024(45)2【摘要】针对复杂约束条件下高超声速飞行器再入轨迹优化问题,提出一种混合算法进行求解,以解决现有轨迹优化方法对初值的强依赖性以及易陷入局部最优等问题。

将高超声速飞行器再入轨迹优化建模成一个非线性规划问题,并设计双层优化结构进行求解。

上层中,提出一种基于利希滕贝格图的自适应分段利希滕贝格算法(Adaptive piecewise Lichtenberg algorithm,APLA),为高斯伪谱法提供良好的初值。

APLA通过引入拉丁超立方体抽样提升算法初始触发点的效能,引入全局至局部搜索分段策略及自适应因子提高算法收敛速度和收敛精度,改善算法易陷入局部最优等情况。

下层中,高斯伪谱法在最优解附近具有较好的收敛速度和较高收敛精度,因此使用高斯伪谱法以加快搜索过程,提升解的全局最优性。

综上,提出再入轨迹优化混合算法(APLA_GPM),实现对高超声速飞行器再入轨迹优化问题快速、准确求解。

仿真结果表明,APLA_GPM在高超声速飞行器再入轨迹优化方面具有更快的收敛速度、更高的精度以及更强的鲁棒性。

【总页数】11页(P181-191)【作者】张笑妍;程昊宇;韩博;闫杰【作者单位】西北工业大学无人系统技术研究院;中国人民解放军93525部队【正文语种】中文【中图分类】V448.2【相关文献】1.高超声速滑翔飞行器再入轨迹优化2.变构型高超声速滑翔飞行器再入轨迹优化3.RBCC高超声速飞行器上升段轨迹快速优化4.高超声速滑翔飞行器在线轨迹优化与再入制导方法研究因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

火星大气电离层穿刺探测飞行动力学与轨迹优化
李明儒;徐聪;齐征;赵爱红;吴限德;王剑颖
【期刊名称】《哈尔滨工程大学学报》
【年(卷),期】2022(43)5
【摘要】为实现对火星大气电离层的探测,滑翔飞行器采用多次进出火星大气层的穿刺飞行方式,本文利用再入气动力改变轨道形状,通过调整近地点幅角的变化,在有限次数的穿刺飞行中对火星大气电离层全面探测。

对多次改变近地点幅角的穿刺探测飞行任务进行描述;构建穿刺探测飞行动力学模型;进一步根据该飞行模式的特点,联立弹道动力学方程与轨道动力学方程,建立弹道参数与轨道六根数间的转换模型;提出基于高斯伪谱法的多次穿刺飞行轨迹优化方法,给出多次改变近地点幅角飞行轨迹的目标函数、优化变量和约束条件等。

数值仿真表明了所构建的动力学模型以及参数方程的正确性,以及穿刺飞行模式实现火星大气电离层全面探测的有效性。

【总页数】9页(P630-638)
【作者】李明儒;徐聪;齐征;赵爱红;吴限德;王剑颖
【作者单位】中山大学航空航天学院;北京临近空间飞行器系统工程研究所;哈尔滨工程大学航天与建筑工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】V474;TP391
【相关文献】
1.升力式火星探测器进入轨迹优化设计仿真
2.基于组合优化算法的火星探测轨迹优化
3.火星大气进入段轨迹优化与制导技术研究进展
4.基于自适应伪谱法的升力式飞行器火星进入段快速轨迹优化
5.火星大气进入轨迹伪谱凸优化设计方法
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连续下降进近（CDA）航迹的 Gauss 伪谱优化方法宫峰勋;苑克剑;马艳秋【摘要】Aiming at optimizing trajectory problems of linear continuous descent approach (CDA)of the aircrafts with a constant gliding angle,a Bolza optimal control problem (OCP)is converted into a nonlinear programming problem by the Gauss pseudospectral method under different flap states of aircrafts,resulting in an optimized time of CDA trajec-tories.A dynamic model of CDA is established,where state variables of flight position and control variables of trajectory angle are determined,and performance measure of minimizing landing time is proposed.B737-800 aircrafts are selected for a case study.GPOPS algorithm is used to optimize trajectory via the Gauss pseudospectral method,within the landing areas and flying areas and the position of top of descent (TOD)and the curve of speed control are pared with other algorithms for computing CDA trajectory,the Gauss pseudospectral method has several advantages.This stud-y analyzes the approaching state of 1 7 CDA trajectories and 1 traditional trajectory in landing areas.The results show that compared with traditional stepped approaching trajectory,the landing time of CDA trajectory computed by Gauss pseudospectral method decreases by 1 6.67%.Simulation results verified that the CDA trajectory optimized by Gauss pseudospectral method can reduce landing time and improve accuracy of track forecast and efficiency of flight control sys-tems.%针对优化恒定下滑角的直线连续下降进近(CDA)飞行航迹问题，采用高斯伪谱法将 Bolza型最优控制问题(OCP)转化成飞行器不同襟翼状态下的非线性规划问题，得出时间优化连续下降进近飞行航迹.对连续下降进近的飞行器建立动力学模型，确定飞行位置的状态变量及航迹角的控制变量，提出时间最小化性能指标.选取 B737-800机型，在终端区和飞行状态限制条件下利用GPOPS工具仿真高斯伪谱法时间优化航迹，确定 TOD 位置和飞行速度控制曲线.并与其它 CDA 航迹算法进行比较研究.对比分析终端区17条 CDA 航迹及1条传统阶梯式进近航迹的进近状态，结果显示，采用高斯伪谱法获得的 CDA 航迹相比于传统进近航迹的下降时间缩短了16．67％，且优于其它算法获得的 CDA 航迹.验证使用高斯伪谱法优化 CDA 航迹可节省下降时间，提高航迹预测的精度和飞行控制系统的计算效率.【期刊名称】《交通信息与安全》【年(卷),期】2016(034)004【总页数】7页(P15-21)【关键词】航空运输;时间优化;高斯伪谱法;连续下降进近;进近航迹【作者】宫峰勋;苑克剑;马艳秋【作者单位】中国民航大学电子信息与自动化学院天津 300300;中国民航大学电子信息与自动化学院天津 300300;中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300【正文语种】中文【中图分类】U8随着全世界民航业的迅猛发展，航空运输面临着巨大的挑战，为了满足经济和环保等综合因素的要求，改变并优化航空器的飞行航迹成为关键性的问题。

一种火箭动力助飞高超声速飞行器轨迹优化设计方法
罗云皓;徐聪;赵爱红;郑宇;王剑颖
【期刊名称】《力学与实践》
【年(卷),期】2022(44)6
【摘要】为提升高超声速飞行器的射程和飞行性能,提出一种基于气动力与火箭发动机推力混合控制的轨迹优化设计方法。

针对高超声速飞行器再入阶段的混合控制轨迹优化问题,提出求解多段不同特征轨迹的分段高斯伪谱法,将多段最优控制问题转化为非线性规划问题。

采用SQP算法对其进行求解,获取以最大射程为性能指标的飞行器轨迹优化方法,并以此研究火箭发动机在有限燃料、适当启动条件下单次和多次启动对飞行轨迹的影响。

数值仿真结果表明,分段高斯伪谱法可较快速求解出火箭动力助飞高超声速飞行器最优轨迹,发动机单次启动和多次启动方案能够在不同方面改善飞行器性能。

【总页数】10页(P1303-1312)
【作者】罗云皓;徐聪;赵爱红;郑宇;王剑颖
【作者单位】中山大学航空航天学院;空间物理重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】V412
【相关文献】
1.火箭基组合循环高超声速飞行器爬升-巡航全局轨迹优化研究
2.基于高效数值方法的一种高超声速飞行器外形气动力／热综合优化设计研究
3.临近空间高超声速
无动力滑翔飞行器最优轨迹设计及制导研究4.无动力滑翔高超声速飞行器轨迹预测方法5.一种高超声速飞行器再入轨迹优化方法
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一种6-DOF小行星着陆轨迹序列凸优化方法
初彦峰;穆荣军;梁浩;崔乃刚
【期刊名称】《宇航学报》
【年(卷),期】2024(45)3
【摘要】针对6自由度的小行星动力着陆多约束轨迹优化问题,提出了一种基于序列凸优化的小行星着陆轨迹优化算法。

首先采用多面体引力场模型计算小行星的引力场,其可用于描述任意形状的小行星引力场,且比质点群法和球谐函数展开法等方法计算精度更高。

为了在凸约束下解决小行星着陆过程燃料消耗最优问题,通过对探测器动力学模型及其约束进行线性化和离散化,将原来的非凸连续时间优化问题转化为凸化的子问题,即二阶锥规划问题(SOCP);然后引入了虚拟控制项和信赖域,以增强算法的鲁棒性。

通过在形状不规则小行星上的着陆模拟,验证了所提出算法的有效性,仿真结果满足各项约束条件,可实现高精度着陆和燃料消耗最优的目标。

【总页数】11页(P341-351)
【作者】初彦峰;穆荣军;梁浩;崔乃刚
【作者单位】哈尔滨工业大学航天学院;北京宇航系统工程研究所
【正文语种】中文
【中图分类】V448.2
【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.小行星着陆段自主轨迹分段规划方法
3.月面着陆动力下降段最优轨迹序列凸优化方法
4.“四史”融入高校思政教育的实践与价值
5.加强行政事业单位会计内部控制的有效策略研究
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