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方位角约束自主交会变结构制导律设计

宇航学报 2012年第1期33卷 48-54页

作者：沈昱恒侯明善西北工业大学自动化学院西安710072

针对空间交会视线相对运动动力学模型具有时变非线性和参数不确定性的特点,提出了一种基于非线性滑动模态的自主交会变结构制导算法。通过将视线运动模型划分为横向和纵向运动模型,分别设计了相应的非线性滑动模态。横向滑动模态是一种... 详细信息

针对空间交会视线相对运动动力学模型具有时变非线性和参数不确定性的特点,提出了一种基于非线性滑动模态的自主交会变结构制导算法。通过将视线运动模型划分为横向和纵向运动模型,分别设计了相应的非线性滑动模态。横向滑动模态是一种由视线角速率、视线角和时间构成的非线性函数,而纵向滑动模态则是由距离、速率以及时间构成的非线性函数。然后,根据Lyapunov稳定性理论分别推导了横向和纵向自主交会变结构制导规律。横向制导实现了带有末端方位角约束的自主接近;纵向制导保证了软交会所要求的距离和速度协同控制。仿真结果表明,设计的方法在只使用相对信息量的前提下克服了交会模型的耦合非线性和参数不确定性,并能适用于不同高度圆轨道和椭圆轨道上的V-bar和R-bar自主交会任务。

关键词：自主交会视线方位角非线性滑动模态制导

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非合作空间目标自主交会凸优化制导技术

宇航学报 2018年第11期39卷 1248-1257页

作者：池贤彬许琦李之强岳晓奎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

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,... 详细信息

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。

关键词：非合作空间目标自主交会凸优化制导

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仅测角导航的自主交会闭环控制偏差分析

宇航学报 2012年第6期33卷 705-712页

作者：李九人李海阳唐国金国防科技大学航天与材料工程学院1301教研室长沙410073

基于仅测角的相对导航技术是降低航天器相对导航系统复杂性和成本的有效手段。在仅测角相对导航模式下,对自主交会闭环控制过程的状态偏差进行了分析和仿真。基于相对动力学方程,建立了以仅测角为测量参数的非合作式相对导航模型。采用... 详细信息

基于仅测角的相对导航技术是降低航天器相对导航系统复杂性和成本的有效手段。在仅测角相对导航模式下,对自主交会闭环控制过程的状态偏差进行了分析和仿真。基于相对动力学方程,建立了以仅测角为测量参数的非合作式相对导航模型。采用脉冲闭环控制方式,对追踪器在仅测角导航条件下的相对导航协方差及相对运动轨迹控制协方差进行了分析。最后,采用数值仿真手段,对自主交会闭环控制过程的导航和轨迹控制协方差特性进行了分析,并通过100次Monte Carlo打靶仿真验证了轨迹控制协方差分析的正确性。

关键词：自主交会相对导航闭环控制仅测角协方差

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非合作目标自主交会的开关控制

系统工程与电子技术 2017年第6期39卷 1304-1310页

作者：张凯段广仁哈尔滨工业大学控制理论与制导技术研究中心黑龙江哈尔滨150001

针对面向非合作目标的航天器相对轨道动力学系统,研究了基于视线制导的开关控制问题。详细推导了视线相对运动模型,并定性分析了重力差项。基于相平面法,分别独立设计了横向和纵向相对运动通道的开关曲线控制算法。针对横向控制,基于比... 详细信息

针对面向非合作目标的航天器相对轨道动力学系统,研究了基于视线制导的开关控制问题。详细推导了视线相对运动模型,并定性分析了重力差项。基于相平面法,分别独立设计了横向和纵向相对运动通道的开关曲线控制算法。针对横向控制,基于比例导引律设计了开关曲线,并利用李雅普诺夫方法给出了稳定性证明。针对纵向控制,采用双开关曲线,并给出了一种相应的设计方法。数值仿真分析验证了所提出的开关控制方法的有效性。

关键词：自主交会非合作目标视线相对运动开关控制

近圆轨道自主交会中测量误差对导引精度的影响

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西北工业大学学报 2010年第4期28卷 481-485页

作者：吕纪远周军刘莹莹西北工业大学精确制导与控制研究所陕西西安710072

在自主空间交会任务中,星载量测系统的测量精度会对末端控制效果产生较大的影响。文章从自主近程导引的多脉冲控制律出发,通过解析方法分析测量误差对多脉冲控制精度的影响,并在此基础上,提出一种逆向算法以解决当指定导引的末端控制精... 详细信息

在自主空间交会任务中,星载量测系统的测量精度会对末端控制效果产生较大的影响。文章从自主近程导引的多脉冲控制律出发,通过解析方法分析测量误差对多脉冲控制精度的影响,并在此基础上,提出一种逆向算法以解决当指定导引的末端控制精度要求时,如何确定相应的测量误差的允许范围才能满足所期望的控制效果。最后仿真表明,通过逆向算法获得的测量允许误差,可以理想地达到要求的末端控制精度。

关键词：自主交会相对导航测量精度控制精度多脉冲控制

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基于θ-D方法的方位角约束自主交会控制

宇航学报 2010年第8期31卷 1976-1981页

作者：沈昱恒侯明善赵启明西北工业大学自动化学院西安710072

基于θ-D方法研究了视线坐标系内带有方位角约束的自主交会控制问题。根据轨道坐标系相对运动模型,建立视线相对动力学模型。针对该模型具有非线性强耦合的特点,采用θ-D次优控制算法设计了自主交会的闭环控制方法,并讨论了加权矩阵选... 详细信息

基于θ-D方法研究了视线坐标系内带有方位角约束的自主交会控制问题。根据轨道坐标系相对运动模型,建立视线相对动力学模型。针对该模型具有非线性强耦合的特点,采用θ-D次优控制算法设计了自主交会的闭环控制方法,并讨论了加权矩阵选取原则。所设计的交会最优控制方法不需要实时求解状态相关黎卡提方程和哈密顿-雅可比-贝尔曼方程,使自主交会控制获得了简易性和快速性,同时实现了对交会方位角的控制,解决了对接口指向不同方位的交会问题。最后,数值仿真验证了控制方法的有效性,克服了交会模型的非线性和参数不确定性,且对于目标圆和椭圆轨道交会任务均适用。

关键词：自主交会视线 θ-D方法次优控制方位角

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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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基于闭环控制的自主交会多目标最优轨迹设计

中国科学：技术科学 2012年第2期42卷 195-201页

作者：李九人李海阳唐国金国防科技大学航天与材料工程学院1301教研室长沙410073

对闭环控制条件下的自主交会多目标最优轨迹设计方法进行了研究.基于相对动力学方程,建立了以仅测角为测量参数的相对导航模型;根据线性协方差分析方法,对追踪器在仅测角条件下的相对导航及相对运动轨迹控制偏差进行了分析,并以此为基础... 详细信息

对闭环控制条件下的自主交会多目标最优轨迹设计方法进行了研究.基于相对动力学方程,建立了以仅测角为测量参数的相对导航模型;根据线性协方差分析方法,对追踪器在仅测角条件下的相对导航及相对运动轨迹控制偏差进行了分析,并以此为基础,建立了评价自主交会轨迹鲁棒性的指标.采用NSGA-II多目标遗传算法,对考虑燃料消耗和轨迹鲁棒性的多目标最优自主交会轨迹设计问题进行了求解.最后,通过MonteCarlo打靶仿真验证了协方差分析结果的正确性,并对Pareto可行解集中的相对位置鲁棒性最优解进行了仿真验证.

关键词：自主交会相对导航闭环控制多目标优化模型鲁棒性

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基于仅测角的自主交会相对导航策略研究

中国科学：技术科学 2011年第9期41卷 1197-1204页

作者：李九人李海阳唐国金罗亚中国防科技大学航天与材料工程学院长沙410073

本文以基于仅测角的自主交会相对导航研究为背景,构建了仅测角相对导航的可观测度定量分析模型,并研究了利用追踪器轨道机动时潜在的相对距离信息来提高仅测角相对导航可观测度的策略。以航天器相对动力学方程为基础,建立了以光学相机... 详细信息

本文以基于仅测角的自主交会相对导航研究为背景,构建了仅测角相对导航的可观测度定量分析模型,并研究了利用追踪器轨道机动时潜在的相对距离信息来提高仅测角相对导航可观测度的策略。以航天器相对动力学方程为基础,建立了以光学相机为唯一相对测量设备的仅测角相对导航模型。根据牛顿迭代方法,推导了相对导航的可观测度计算模型,为相对导航系统可观测性能的定量分析提供了依据。研究了追踪器在轨道机动时潜在的相对距离信息及其误差模型,并给出了基于该潜在相对距离信息的可观测度计算和扩展卡尔曼滤波模型。最后,通过数值仿真对可观测度计算模型的正确性以及潜在相对距离信息应用的有效性进行了验证。

关键词：自主交会相对导航仅测角可观测度轨道机动