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火箭着陆制导的二阶皮卡切比雪夫牛顿类方法

西北工业大学学报 2024年第1期42卷 98-107页

作者：唐婧媛苟永杰马洋洋泮斌峰西北工业大学航天学院陕西西安710072 上海宇航系统工程研究所上海201108

针对火箭一子级着陆问题,提出一种基于二阶皮卡-切比雪夫-牛顿类算法的制导方法。基于动力学方程的自然二阶皮卡迭代格式及切比雪夫多项式,将连续时间动力学方程进行离散化处理;将考虑终端约束的着陆问题转化为关于终端约束函数的非线... 详细信息

针对火箭一子级着陆问题,提出一种基于二阶皮卡-切比雪夫-牛顿类算法的制导方法。基于动力学方程的自然二阶皮卡迭代格式及切比雪夫多项式,将连续时间动力学方程进行离散化处理;将考虑终端约束的着陆问题转化为关于终端约束函数的非线性最小二乘问题,并采用高斯-牛顿方法求解该问题;在此基础上,在高斯-牛顿法的迭代过程中引入投影方法,实现推力的不等式约束。基于上述算法设计闭环制导并完成着陆段数值仿真。仿真结果表明,该制导方法具有较好的终端精度及计算效率。

关键词：火箭垂直着陆皮卡迭代高斯-牛顿法

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多约束下升力式再入飞行器可达域计算方法

北京航空航天大学学报 2023年

作者：冉云霆泮斌峰西北工业大学航天学院

针对升力式再入飞行器再入过程中的热流率、过载和动压受约束问题，设计了一种多约束条件下的再入可达域计算方法。首先，基于虚目标法建立了不考虑状态不等式过程约束的再入可达域最优控制模型；其次，基于无过程约束问题的最优控制设... 详细信息

针对升力式再入飞行器再入过程中的热流率、过载和动压受约束问题，设计了一种多约束条件下的再入可达域计算方法。首先，基于虚目标法建立了不考虑状态不等式过程约束的再入可达域最优控制模型；其次，基于无过程约束问题的最优控制设计预测校正方法，将状态不等式约束转换为控制不等式约束；最后，以X-33再入飞行器为对象完成数值仿真验证。数值仿真结果表明，与传统的依赖于平衡滑翔假设的“软约束”方法相比，所提出方法可实现“硬约束”，即使飞行器在短时间内进行大幅度机动，各项过程约束仍能严格满足。

关键词：可达域再入飞行器过程约束平衡滑翔间接法

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一种计算三体问题周期轨道的新方法

宇航学报 2017年第4期38卷 384-392页

作者：郑越泮斌峰唐硕西北工业大学航天学院西安710072 陕西省空天飞行器设计重点实验室西安710072 航天飞行动力学技术国家级重点实验室西安710072

针对三体问题周期轨道计算方法存在计算量大、改变雅可比能量和局限于计算特定周期轨道等不足,本文提出了一种计算周期轨道的新方法。首先建立了一种初始点和投影点关系的改进型庞加莱截面图,能够更直观地反映随着初始点改变周期轨道的... 详细信息

针对三体问题周期轨道计算方法存在计算量大、改变雅可比能量和局限于计算特定周期轨道等不足,本文提出了一种计算周期轨道的新方法。首先建立了一种初始点和投影点关系的改进型庞加莱截面图,能够更直观地反映随着初始点改变周期轨道的演变和分叉;其次基于改进的庞加莱截面图,通过初始点与投影点的对应关系筛选出可能存在周期轨道的候选区间;然后在该候选区间内利用状态转移矩阵给出距离周期轨道初始点真实解非常接近的初始猜想;最后采用打靶法求解能够快速得到周期轨道的数值解。本文方法不需要改变三体系统的雅可比能量,迭代次数少,能够快速计算得到大范围、具有x轴对称性的周期轨道。以地月圆形限制性三体问题为例进行仿真,验证了该方法的快速性和有效性。

关键词：圆形限制性三体问题周期轨道庞加莱映射雅可比能量

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求解中途飞越燃料最优转移轨道的同伦方法

宇航学报 2017年第4期38卷 393-400页

作者：潘迅泮斌峰唐硕西北工业大学航天学院西安710072 航天飞行动力学技术重点实验室西安710072

提出一种新的同伦方法,用于求解深空探测中对其他天体进行中途飞越的小推力燃料最优转移轨道,克服由于其存在内点约束及不连续Bang-Bang控制所导致的数值优化方法的求解困难。该同伦方法将同伦参数同时嵌入到性能指标和内点约束方程中,... 详细信息

提出一种新的同伦方法,用于求解深空探测中对其他天体进行中途飞越的小推力燃料最优转移轨道,克服由于其存在内点约束及不连续Bang-Bang控制所导致的数值优化方法的求解困难。该同伦方法将同伦参数同时嵌入到性能指标和内点约束方程中,将容易求解的无内点约束且控制量连续变化的最优控制问题作为初始问题,求解一系列同伦参数递增所对应的同伦迭代子问题,直到得到原问题的解。该方法能够有效地解决中途飞越所导致的优化变量增加、求解难度增大等难题,能够快速、稳定地求解考虑中途飞越的小推力燃料最优转移轨道。最后,以地球到火星交会并中途飞越小行星和地球到木星交会并中途飞越火星两个任务为例进行数值仿真验证该同伦方法在求解中途飞越的燃料最优问题中的有效性和优越性。

关键词：中途飞越最优控制燃料最优小推力同伦方法深空探测

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可装配式飞行视景仿真系统的设计与实现

系统仿真学报 2007年第4期19卷 768-771页

作者：泮斌峰唐硕西北工业大学航天学院西安710072

根据飞行仿真的实际需要,详细分析了飞行仿真系统的设计思想,提出可装配式设计方法,利用可扩展标记语言XML进行数据的存储、处理和呈现,结合分布仿真技术,提供友好的用户界面,构造复杂的场景和三维实体模型,对视景资源和驱动数据进行装... 详细信息

根据飞行仿真的实际需要,详细分析了飞行仿真系统的设计思想,提出可装配式设计方法,利用可扩展标记语言XML进行数据的存储、处理和呈现,结合分布仿真技术,提供友好的用户界面,构造复杂的场景和三维实体模型,对视景资源和驱动数据进行装配。系统基于VC++6.0和Vega3.7开发,具有快速开发和较广的通用性。

关键词：视景仿真飞行仿真可装配式软件开发

改进的探月返回飞船再入数值预测校正制导方法

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哈尔滨工业大学学报 2017年第4期49卷 80-87页

作者：张勃唐硕泮斌峰西北工业大学航天学院西安710072

为减少探月返回飞船再入数值预测校正制导方法在跳跃段倾侧角的偏转频率、实现过载的有效抑制,采用搜索跳跃段的倾侧角偏转能量点和末段阻力加速度反馈补偿的方法,提出了改进的数值预测校正制导方法.首先,用割线法搜索倾侧角偏转能量点... 详细信息

为减少探月返回飞船再入数值预测校正制导方法在跳跃段倾侧角的偏转频率、实现过载的有效抑制,采用搜索跳跃段的倾侧角偏转能量点和末段阻力加速度反馈补偿的方法,提出了改进的数值预测校正制导方法.首先,用割线法搜索倾侧角偏转能量点,使得飞船在跳跃段只进行一次偏转即可实现落点精度要求;然后,根据指数大气假设,得到阻力加速度的导数,并根据过载约束定义参考阻力加速度;最后,采用阻力加速度及其导数与参考阻力加速度及其导数的误差对倾侧角的大小进行反馈补偿,抑制末段轨迹的过载.实验结果表明,该方法倾侧角偏转次数少,过载抑制能力强,鲁棒性好,能够有效解决现有方法存在的跳跃段倾侧角偏转频率高,末段过载抑制能力差的问题.

关键词：探月返回再入制导数值预测校正倾侧角偏转频率过载抑制

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基于自动微分与伪谱法的小推力借力轨道设计

哈尔滨工业大学学报 2015年第1期47卷 92-99页

作者：张勃泮斌峰唐硕西北工业大学航天学院西安710072

针对小推力借力轨道设计问题,给出一种基于自动微分与伪谱法的优化方法.借力模型采用B平面模型,提高了轨迹优化设计的鲁棒性.用高斯伪谱法对整个小推力借力轨道进行离散,将发射时间的搜索包含在同一计算框架内,避免了传统混合方法中随... 详细信息

针对小推力借力轨道设计问题,给出一种基于自动微分与伪谱法的优化方法.借力模型采用B平面模型,提高了轨迹优化设计的鲁棒性.用高斯伪谱法对整个小推力借力轨道进行离散,将发射时间的搜索包含在同一计算框架内,避免了传统混合方法中随机搜索算法收敛慢、精度低的缺点.将得到的大规模非线性规划(NLP)问题采用序列二次规划(SQP)法进行求解,为实现NLP问题的快速收敛,提出了串联优化以及弹性约束策略.SQP需要的导数信息通过自动微分获得,保证了计算的高精度和快速收敛.对地球-金星-火星小推力借力轨道进行了优化设计,验证了本文方法的正确性和有效性.

关键词：小推力借力飞行轨道优化自动微分伪谱法

美国喷气推进实验室人工智能技术发展现状与分析

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中国航天 2022年第5期 8-14页

作者：泮斌峰张哲谭浩声西北工业大学探月与航天工程中心

美国喷气推进实验室(JPL)始创于1936年,由西奥多·冯·卡门领导创建,隶属于美国航空航天局(NASA)。它是美国太空探索和火箭发射研究的先驱机构,也是世界上最著名的航天研究机构之一。自2001年开始,JPL实验室将人工智能技术作为其重点发... 详细信息

美国喷气推进实验室(JPL)始创于1936年,由西奥多·冯·卡门领导创建,隶属于美国航空航天局(NASA)。它是美国太空探索和火箭发射研究的先驱机构,也是世界上最著名的航天研究机构之一。自2001年开始,JPL实验室将人工智能技术作为其重点发展的技术方向,在自然灾害的智能监测与预警、航天器与测控设施的智能故障预测与维护、航天器任务的智能规划与调度、航天器探测数据的在轨智能处理、深空探测器智能感知与控制等技术领域开展了大量研究工作,取得了丰硕的研究成果,并成功应用在多个航天任务中。

关键词：人工智能技术智能感知太空探索火箭发射规划与调度智能处理现状与分析智能故障

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地月低能轨道转移的混沌控制方法

宇航学报 2018年第7期39卷 751-759页

作者：郑越泮斌峰唐硕西北工业大学航天学院西安710072 陕西省空天飞行器设计重点实验室西安710072

针对航天器在混沌区域的滑行时间过长,提出一种低能地月轨道转移的混沌控制方法。首先通过地月圆形限制性三体问题(CRTBP)的庞加莱截面图,将混沌区域进行分层并分析其规律,再利用混沌轨道对初始状态高度敏感的特性,在尽可能减少运送时... 详细信息

针对航天器在混沌区域的滑行时间过长,提出一种低能地月轨道转移的混沌控制方法。首先通过地月圆形限制性三体问题(CRTBP)的庞加莱截面图,将混沌区域进行分层并分析其规律,再利用混沌轨道对初始状态高度敏感的特性,在尽可能减少运送时间的前提下实现地月低能轨道转移。该方法的优点是利用混沌区域的固有规律,不需要依靠周期轨道特性。仿真结果表明,本文提出方法仅需施加2~4次脉冲,明显缩短混沌区域的滑行时间,从而实现地月低能转移。

关键词：庞加莱截面混沌混沌控制圆形限制性三体问题轨道转移