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基于最优解析解的运载火箭大气层外自适应迭代制导方法

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航空学报 2011年第9期32卷 1696-1704页

作者：傅瑜陈功卢宝刚郭继峰崔乃刚哈尔滨工业大学航天工程系黑龙江哈尔滨150001 中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

随着空间发射任务的多样化和复杂化,为了满足运载火箭的机动性、灵活性以及卫星高精度入轨的要求,需要研究制导精度更高、适应能力更强的自适应制导方法。本文总结了运载火箭大气层外最优轨迹的解析解;基于牛顿迭代法,研究了一种不同于... 详细信息

随着空间发射任务的多样化和复杂化,为了满足运载火箭的机动性、灵活性以及卫星高精度入轨的要求,需要研究制导精度更高、适应能力更强的自适应制导方法。本文总结了运载火箭大气层外最优轨迹的解析解;基于牛顿迭代法,研究了一种不同于以往迭代制导思想、适用于大姿态角范围的迭代制导方法,并推导了其雅可比矩阵的解析式;最后对该迭代制导方法进行了仿真验证。仿真结果表明,所给出的迭代制导方法具有较高的制导精度和较强的适应性,同时该迭代制导方法计算简单、易于实现,具有较强的工程应用价值。

关键词：运载火箭迭代制导最优轨迹大姿态角解析解

一种基于轨道要素形式终端约束的航天器空间变轨迭代制导算法

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航空学报 2015年第6期36卷 1975-1982页

作者：邓逸凡李超兵王志刚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 北京航天自动控制研究所北京100854

针对航天器空间变轨任务的制导问题,研究了一种适用的迭代制导算法。在传统迭代制导方法的基础上,直接在地心惯性系中建立最优控制模型,以推力方向矢量为控制量来适应大姿态角变化情形;推导直接以目标轨道要素为终端约束的边界条件,给... 详细信息

针对航天器空间变轨任务的制导问题,研究了一种适用的迭代制导算法。在传统迭代制导方法的基础上,直接在地心惯性系中建立最优控制模型,以推力方向矢量为控制量来适应大姿态角变化情形;推导直接以目标轨道要素为终端约束的边界条件,给出终端约束方程求解精度和入轨精度的关系;得到一种简单有效的基于轨道要素形式终端约束的航天器空间变轨迭代制导算法。通过仿真验证了所给制导算法的有效性,相比传统迭代制导方法其具有更强的适应性。

关键词：空间变轨迭代制导最优控制轨道要素边界条件

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带有入轨姿态约束的迭代制导算法及应用研究

宇航学报 2018年第5期39卷 508-515页

作者：韩雪颖马英张志国余梦伦北京宇航系统工程研究所北京100076

针对需要满足一定入轨姿态约束的发射任务,研究一种带有入轨姿态角约束的迭代制导算法在运载火箭中的应用。该制导算法在传统迭代制导算法的基础上,将控制姿态角的最优解析表达式,通过二阶近似,展开为与时间相关的二次函数,可以同时满... 详细信息

针对需要满足一定入轨姿态约束的发射任务,研究一种带有入轨姿态角约束的迭代制导算法在运载火箭中的应用。该制导算法在传统迭代制导算法的基础上,将控制姿态角的最优解析表达式,通过二阶近似,展开为与时间相关的二次函数,可以同时满足入轨点速度、位置和姿态角约束。阐述了迭代制导的基本原理,给出带有姿态角约束的迭代制导算法的推导公式。在有相同姿态角约束的条件下,该算法能够保证入轨精度,与传统迭代制导算法相当,且对姿态角约束有较好的控制效果,运载能力损失较少。仿真结果表明,该算法对故障工况及不同姿态角约束具有一定的适应能力。

关键词：运载火箭姿态约束迭代制导

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一种改进的运载火箭迭代制导方法

航空学报 2021年第2期42卷 217-229页

作者：马宗占许志唐硕张迁西北工业大学航天学院西安710072 陕西省空天飞行器设计技术重点实验室西安710072

为提高运载火箭在大气层外当推力出现故障条件下制导算法的最优性、鲁棒性和适应性,提出了一种改进的迭代制导方法。该方法以基于最优控制理论推导的解析形式作为最优控制解,并推导出以5个轨道根数作为终端约束的横截条件,增强了算法的... 详细信息

为提高运载火箭在大气层外当推力出现故障条件下制导算法的最优性、鲁棒性和适应性,提出了一种改进的迭代制导方法。该方法以基于最优控制理论推导的解析形式作为最优控制解,并推导出以5个轨道根数作为终端约束的横截条件,增强了算法的最优性;迭代过程中采用高斯-勒让德方法计算推力积分,并采用球极坐标系下泰勒多项式逼近方法计算引力积分,提高了故障模式下算法的积分精度;该算法采用降维迭代求解模式,并结合对控制变量的合理限幅,保障了推力故障条件下算法的实时性和收敛性。分别基于蒙特卡洛打靶和推力故障条件下进行仿真验证,结果验证了所提方法具有较强的最优性、鲁棒性和故障适应能力。

关键词：运载火箭迭代制导横截条件降维迭代推力故障

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迭代制导在运载火箭上的应用研究

宇航学报 2003年第5期24卷 484-489,501页

作者：陈新民余梦伦北京宇航系统工程设计部北京100076

迭代制导是直接终端制导,是运载火箭路线自适应制导方法的一种。从20世纪60年代末开始,在运载火箭上得到了广泛的应用。它的主要特点是制导精度高、任务适应性强、箭上飞行软件简单、对地面诸元准备要求相对较低。迭代制导基于火箭自适... 详细信息

迭代制导是直接终端制导,是运载火箭路线自适应制导方法的一种。从20世纪60年代末开始,在运载火箭上得到了广泛的应用。它的主要特点是制导精度高、任务适应性强、箭上飞行软件简单、对地面诸元准备要求相对较低。迭代制导基于火箭自适应制导的基本原理:即对于确定的目标轨道,最优飞行程序是瞬时飞行状态和瞬时视加速度的复杂函数,利用简化形式下最优控制求解的必要条件,对火箭末级的关机时间进行迭代,可以得到一套解析制导方程。基于运载火箭的实际飞行情况,建立了迭代制导的工程计算模型,并结合某型号进行大量的实例计算分析,对迭代制导的制导精度、自适应能力等方面进行研究。

关键词：迭代制导自适应制导运载火箭

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固体探空火箭迭代制导方法研究

固体火箭技术 2024年第1期47卷 135-142页

作者：唐冰涛陈华兵杨宇星江小娟西安航天动力技术研究所西安710025 西北工业集团有限公司西安710043

固体探空火箭在实施某类载荷远程投递任务时,要求接近落点的精度在千米级,由于火箭一般在大气层内的主动段实施有效的制导控制,其制导时间短,气动影响无法忽视,实现落点精度控制难度很大。针对该问题提出了一种适用于固体探空火箭在大... 详细信息

固体探空火箭在实施某类载荷远程投递任务时,要求接近落点的精度在千米级,由于火箭一般在大气层内的主动段实施有效的制导控制,其制导时间短,气动影响无法忽视,实现落点精度控制难度很大。针对该问题提出了一种适用于固体探空火箭在大气层内的迭代制导方法,通过在线计算剩余视速度和视位置增量,对固体探空火箭落点进行迭代计算,形成制导控制指令。仅在主动段进行制导控制,对再入段进行气动补偿,使得固体火箭落点控制达到了较高的精度。数值仿真分析表明:该方法落点精度较传统的摄动制导方法提高了1个数量级,体现出该迭代制导方法的优越性。

关键词：气动阻力视速度视位置气动补偿迭代制导摄动制导

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基于凸优化的自主交会迭代制导方法

中国空间科学技术 2014年第1期34卷 26-34页

作者：池贤彬岳晓奎李鹏西北工业大学航天学院西安710072

针对目前航天器自主交会接近制导算法实时性与鲁棒性不足的问题,提出一种基于凸优化的迭代制导方法。该方法利用凸优化技术对椭圆轨道情况下有限推力的航天器相对运动动力学模型化简并进行与最优解等价的凸化处理,再运用原始对偶内点法... 详细信息

针对目前航天器自主交会接近制导算法实时性与鲁棒性不足的问题,提出一种基于凸优化的迭代制导方法。该方法利用凸优化技术对椭圆轨道情况下有限推力的航天器相对运动动力学模型化简并进行与最优解等价的凸化处理,再运用原始对偶内点法进行求解,最后使用迭代制导策略对追踪航天器进行制导,大幅提高最优自主交会制导的实时性。针对自主交会最终逼近段的最优接近轨迹进行了数值仿真和蒙特卡洛打靶误差分析。仿真结果表明,提出的制导方法能有效进行最优接近轨迹的实时规划和制导,并且在超近距离交会接近情况下,相对位置制导误差为1"m量级,满足工程应用需求。

关键词：有限推力最优轨迹凸优化迭代制导自主交会航天器

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火星上升器入轨段自适应迭代制导方案设计

深空探测学报（中英文） 2024年第1期11卷 31-39页

作者：宋春郭延宁郭敏文李琨空间物理重点实验室北京100076 哈尔滨工业大学控制科学与工程系哈尔滨150001 北京控制工程研究所北京100094

针对火星上升器入轨段的制导问题,设计了一种自适应迭代制导策略。为降低初始状态偏差和火星环境不确定性的影响,每个周期内在制导坐标系下迭代计算剩余飞行时间,求解出在上升器推力大小固定情况下满足目标点位置与速度矢量约束的最优... 详细信息

针对火星上升器入轨段的制导问题,设计了一种自适应迭代制导策略。为降低初始状态偏差和火星环境不确定性的影响,每个周期内在制导坐标系下迭代计算剩余飞行时间,求解出在上升器推力大小固定情况下满足目标点位置与速度矢量约束的最优控制角,进而实时修正飞行轨迹。仿真结果表明,相较于传统的开环制导方案,提出的方案显著地提升了制导精度,其中高度误差降低3个量级,最大速度误差降低至原开环制导的三分之一,入轨点轨道倾角和偏心率误差均满足基本工程需求,可作为未来火星上升器入轨段制导的一种可靠方案。

关键词：火星上升器入轨段迭代制导最优控制

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满足多终端约束的二次曲线迭代制导方法研究

中国空间科学技术 2018年第2期38卷 24-31页

作者：施国兴吕新广巩庆海北京航天自动控制研究所北京100854

某些空间载荷会对入轨精度和入轨姿态同时提出很高的要求,应用于运载火箭控制系统的摄动制导方法的入轨精度无法满足要求,而传统的迭代制导方法无法约束终端的入轨姿态。为此提出了一种满足多终端约束的二次曲线迭代制导方法,该方法通... 详细信息

某些空间载荷会对入轨精度和入轨姿态同时提出很高的要求,应用于运载火箭控制系统的摄动制导方法的入轨精度无法满足要求,而传统的迭代制导方法无法约束终端的入轨姿态。为此提出了一种满足多终端约束的二次曲线迭代制导方法,该方法通过二次曲线形式规划整个真空段的飞行制导程序角,实时满足位置、速度与终端姿态约束,从而可以使得火箭以期望姿态角实现高精度入轨。算例结果表明,该方法能同时保证高精度的入轨指标和入轨姿态,并能适应偏差状态、约束姿态角变化与轨道根数小幅变化,具有较高的工程应用价值。

关键词：多终端约束迭代制导二次曲线制导算法