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Initial costates derived by near-optimal reference sequence and least-squares method

Chinese Journal of Aeronautics 2024年第5期37卷 377-391页

作者： shaozhao lu Yao ZHANG Quan HU School of Aerospace Engineering Beijing Institute of TechnologyBeijing 100081China

In this paper,we present a novel initial costates solver for initializing time-optimal trajectory problems in relative motion with continuous low thrust.The proposed solver consists of two primary components:training a Multilayer Perceptron(MLP)for generating reference sequence and Time of Flight(TOF)to the target,and deriving a system of linear algebraic equations for obtaining the initial costates.To overcome the challenge of generating training samples for the MLP,the backward generation method is proposed to obtain five different training databases.The training database and sample form are determined by analyzing the input and output correlation using the Pearson correlation coefficient.The best-performing MLP is obtained by analyzing the training results with various hyper-parameter combinations.A reference sequence starting from the initial states is obtained by integrating forward with the near-optimal control vector from the output of MLP.Finally,a system of linear algebraic equations for estimating the initial costates is derived using the reference sequence and the necessary conditions for optimality.Simulation results demonstrate that the proposed initial costates solver improves the convergence ratio and reduce the function calls of the shooting function.Furthermore,Monte-Carlo simulation illustrates that the initial costates solver is applicable to different initial velocities,demonstrating excellent generalization ability.

关键词： Relative motion Expanding training database Multilayer perceptron Initial costates Least-squares method

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高轨光学观测星座构型设计与覆盖率分析

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空间控制技术与应用 2023年第3期49卷 64-73页

作者：叶吉张尧张昆鹏卢少兆王鸿博北京理工大学宇航学院北京100081

空间态势日益紧张使高轨卫星受到来自空间碎片和其他航天器的威胁,建立高轨天基态势感知系统,实现对高轨目标的观测与编目,对保障高轨卫星正常工作意义重大.光学观测和红外观测相比,具有被动无源、能量消耗小、适合长期工作的优势.本文... 详细信息

空间态势日益紧张使高轨卫星受到来自空间碎片和其他航天器的威胁,建立高轨天基态势感知系统,实现对高轨目标的观测与编目,对保障高轨卫星正常工作意义重大.光学观测和红外观测相比,具有被动无源、能量消耗小、适合长期工作的优势.本文对高轨光学观测星座进行构型设计与覆盖率分析,根据光学载荷成像特性,建立可见性约束模型.以有限时间内非重复目标覆盖率为优化指标,基于分解优化策略,将构型优化设计问题转换成多个单星轨道根数优化问题,利用差分进化(differential evolution,DE)算法优化.通过仿真比较分解优化策略和整体优化策略的效果,结果表明分解优化策略具备更好的全局寻优特性,根据结果分析了观测卫星数量和非重复目标覆盖率的关系,讨论了非重复目标覆盖率的边际效应.

关键词：光学观测星座构型设计差分进化算法覆盖率

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