气动-引力辅助轨道机动的拟谱法反馈制导律

2012年06月29日11:51:01 本网站我要评论(2)字号：T | T | T

张万里，王常虹，夏红伟，解伟男
哈尔滨工业大学空间控制与惯性技术研究中心，黑龙江哈尔滨

摘　　　要：气动引力辅助轨道机动相对于独立的引力辅助轨道机动而言能实现更大更灵活的速度偏转角同时减少燃料消耗。利用拟谱法设计出开环较优轨迹。对于飞行过程中的制导问题，根据拟谱法实现速度快结果精确的优点，将飞行时间按照等距及变间距分段，对每个独立时段采用实时在线轨迹生成的方法得到这一时间范围的较优轨迹，通过不断的轨迹更新实现飞行中对参数扰动等因素的抑制作用，结果显示采用变间距节点对干扰抑制效果有所增强。同时采用预留时间裕度的方式，可以较好地解决制导过程中在线较优化轨迹生成所需少量计算时间导致的制导偏差问题。

关　键　词：气动引力辅助；拟谱法；在线轨迹生成；时间裕度；制导偏差

１　引　言
气动引力辅助（Ａｅｒｏｇｒａｖｉｔｙａｓｓｉｓｔ，ＡＧＡ）轨道机动是在减少燃料消耗基础上改变航天器轨迹运行方向的一种行之有效的方法，如何求解航天器的较优机动轨迹，以及设计制导律使航天器能够应对飞行过程中外界环境参数变化、各种导航误差干扰等不可预知因素，沿着预先求解较优轨迹运行，是当前研究的难点所在。马里兰大学的Ｌｅｗｉｓ和ＪＰＬ的Ｍｃｒｏｎａｌｄ［１］对于ＡＧＡ问题完成了早期的理论研究及实现意义。加拿大的Ｌｏｈａｒ［２］等人给出了精确的动力学模型并利用间接法求解出较优轨迹，但间接法对协状态变量的初值猜测过分依赖很大程度上限制了此法的应用。意大利的Ａｒｍｅｌｌｉｎ［３］等人采用配点法求得较优轨迹，但此法当时间离散点增加时收敛速度极慢，且其结果未必满足较优必要条件。在制导律的设计方面国内外研究较少，ＪＰＬ的ＣａｓｏｌｉｖａＪ［４］采取匹配渐进展开方法得到动力学方程的近似解析解，后对于轨迹采用解析预测校正算法实现制导，他的另一篇文章中将飞行过程分段考虑的方法［５］，但当解析解近似效果不好时制导效果同样不理想。不同于以上的寻优方法，本文采用Ｌｅｇｅｎｄｒｅ拟谱法求解ＡＧＡ的较优轨迹。拟谱法由Ｅｌｎａｇａｒ［６］Ｇ率先提出，并由Ｆａｈｒｏｏ［７］将其应用于较优控制问题的求解。Ｂｅｎｓｏｎ［８］Ａ已证明由拟谱法转化的非线性规划问题的较优性条件与原始的Ｈａｍｉｌｔｏｎｉａｎ边界值问题（ＨＢＶＰ）离散形式的等价性，Ｒｏｓｓ［９］等人证明了利用拟谱法用于闭环反馈的基本理论依据，ＫｅｖｉｎＰＢｏｌｌｉｎｏ［１０］利用拟谱法完成再入航天器的实时反馈制导。本文利用拟谱法求取所需偏转角固定时的较优轨迹。同时采用基于拟谱法的实时在线较优轨迹生成来完成制导寻优过程，针对于参数扰动情况下的制导性能本文给出了仿真验证。并对于等距离时间节点和渐进时间节点的选择问题，以及每次制导周期初期的寻优化计算时间导致的制导误差问题，提出了切实可行的解决方案。

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