基于伪谱法的小天体最优下降轨迹优化方法

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基于伪谱法的小天体最优下降轨迹优化方法

袁旭, 朱圣英

文章导航 > 深空探测学报(中英文） > 2016 > 3(1): 51-55

袁旭, 朱圣英. 基于伪谱法的小天体最优下降轨迹优化方法[J]. 深空探测学报(中英文）, 2016, 3(1): 51-55. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.01.008

引用本文:

袁旭, 朱圣英. 基于伪谱法的小天体最优下降轨迹优化方法[J]. 深空探测学报(中英文）, 2016, 3(1): 51-55. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.01.008

YUAN Xu, ZHU Shengying. Small Body Descent Trajectory Optimization Based on Pseudospectral Method[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2016, 3(1): 51-55. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.01.008

Citation:

YUAN Xu, ZHU Shengying. Small Body Descent Trajectory Optimization Based on Pseudospectral Method[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2016, 3(1): 51-55. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.01.008

基于伪谱法的小天体最优下降轨迹优化方法

doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.01.008

袁旭,
朱圣英

北京理工大学深空探测技术研究所, 北京 100081;深空自主导航与控制工信部重点实验室, 北京 100081;飞行器动力学与控制教育部重点实验室, 北京 100081

基金项目: 国家重点基础研究发展计划“973”项目(2012CB720000);国家自然科学基金资助项目(61374216,61304226,61304248);教育部博士点基金(20121101120006)

Small Body Descent Trajectory Optimization Based on Pseudospectral Method

School of Aerospace Engineering, Beijing Institute of Technology, Beijing 100081, China;Key Laboratory of Autonomous Navigation and Control for Deep Space Exploration, Ministry of Industry and Information Technology, Beijing 100081, China;Key Laboratory of Dynamics and Control of Flight Vehicle, Ministry of Education, Beijing 100081, China

摘要: 针对小天体着陆探测下降阶段的多约束轨迹优化问题,基于Gauss伪谱法进行了燃耗最优下降轨迹优化设计,得出了燃耗最优下降轨迹。建立了小天体下降轨迹优化问题的最优控制问题模型,采用Gauss伪谱法进行离散化,转化为非线性规划问题进行了求解。数学仿真结果显示:优化结果符合各项约束条件,以零速度到达了目标着陆点,且符合燃耗最优的优化目标。利用Gauss伪谱法进行小天体最优下降轨迹优化,计算速度快,求解精度高。
- 小天体 /
- 下降 /
- 着陆 /
- 轨迹优化 /
- Gauss伪谱法
Abstract: Aimed at the multiple-constraint trajectory optimization problem in the descent phase of small body landing exploration, Gauss pseudospectral method is used for the optimization design and the fuel-optimal descent trajectory is derived. The optimal control model of small body descent trajectory optimization problem is established and discretized using Gauss pseudospectral method. The problem is then solved by transforming into a nonlinear programming problem. Mathematical simulation results show that all the constraints are satisfied, the optimization index of fuel consumption is minimized and the spacecraft reaches the target landing site with zero velocity. Using Gauss Pseudospectral method, the computation process of small body descent trajectory optimization is fast and has high solution accuracy.
- small body /
- descent /
- landing /
- trajectory optimization /
- Gauss pseudospectral method

[1]	崔平远, 乔栋. 小天体附近轨道动力学与控制研究现状与展望[J]. 力学进展, 2013, 43(5): 526-539.Cui P Y, Qiao D. State-of-the-art and prospects for orbital dynamics and control near small celestial bodies[J]. Advances in Mechanics, 2013, 43 (5): 526-539.
[2]	Dunham David W, Farquhar Robert W, McAdams James V, et al. Implementation of the first asteroid landing[J]. Icarus, 2002, 159(2): 433-438.
[3]	Uo M, Shirakawa K, Hashimoto T, et al. Hayabusa's touching-down to Itokawa-autonomous guidance and navigation[J]. The Journal of Space Technology and Science, 2006, 22(1): 41.
[4]	雍恩米, 陈磊, 唐国金. 飞行器轨迹优化数值方法综述[J]. 宇航学报, 2008, 29(2): 397-406.Yong E M, Chen L, Tang G J. A survey of numerical methods for trajectory optimization of spacecraft[J]. Journal of Astronautics, 2008, 29(2): 397-406.
[5]	Stephen Broschart, Daniel Scheeres, Spacecraft descent and translation in the small-body fixed frame[M]. [S.L]: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2004.
[6]	张万里. 轨道转移飞行器的轨迹优化与制导算法研究[D]. 哈尔滨: 哈尔滨工业大学, 2011.Zhang W L. Research on trajectory optimization and guidance of orbital transfer vehicle[D]. Harbin: Harbin Institute of Technology,2001.
[7]	崔平远, 朱圣英, 崔祜涛. 小天体自主软着陆脉冲机动控制方法研究[J]. 宇航学报, 2008, 29(2): 511-516.Cui P Y, Zhu S Y, Cui H T. Autonomous impulse maneuver control method for soft landing on small bodies[J]. Journal of Astronautics, 2008, 29(2): 511-516.

[1]	王科, 郑适, 解虎, 邓健, 朱培民, 法文哲, 谭小敏. 雷达技术在小天体任务中的应用研究 . 深空探测学报(中英文）, 2019, 6(5): 496-502. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2019.05.011
[2]	张磊. 月面上升的轨迹优化与参数分析 . 深空探测学报(中英文）, 2019, 6(4): 391-397. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2019.04.012
[3]	郝万宏, 董光亮, 李海涛, 王宏, 樊敏, 周欢, 徐得珍. 火星大气进入下降着陆段测控通信关键技术研究 . 深空探测学报(中英文）, 2018, 5(5): 426-434. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.05.004
[4]	柯森锎, 李爽, 肖东东, 王卫华, 聂钦博. 基于高斯伪谱法的火星表面上升燃耗最优轨迹设计 . 深空探测学报(中英文）, 2018, 5(3): 269-275. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.6.009
[5]	刘德赟, 赖小明, 王露斯, 刘晓庆, 赵曾, 张加波, 全齐全. 小天体表面采样技术综述 . 深空探测学报(中英文）, 2018, 5(3): 246-261. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.3.007
[6]	于正湜, 朱圣英, 崔平远, 刘延杰. 小天体表面移动技术研究进展 . 深空探测学报(中英文）, 2017, 4(4): 301-309. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.04.001
[7]	肖尧, 阮晓钢, 魏若岩. 基于433 Eros的多面体引力模型精度与运行时间研究 . 深空探测学报(中英文）, 2016, 3(1): 41-46. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.01.006
[8]	于正湜, 崔平远. 行星着陆自主导航与制导控制研究现状与趋势 . 深空探测学报(中英文）, 2016, 3(4): 345-355. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.04.006
[9]	饶炜, 孙泽洲, 孟林智, 王闯, 吉龙. 火星着陆探测任务关键环节技术途径分析 . 深空探测学报(中英文）, 2016, 3(2): 121-128. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.02.004
[10]	刘延杰, 朱圣英, 崔平远. 小天体安全着陆与表面探测控制方法研究 . 深空探测学报(中英文）, 2016, 3(4): 370-376. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.04.009
[11]	李爽, 陶婷, 江秀强, 张树瑜, 周杰. 月球软着陆动力下降制导控制技术综述与展望 . 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(2): 111-119. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.02.002
[12]	袁旭, 朱圣英, 崔平远. 小天体自主附着多滑模面鲁棒制导方法研究 . 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(4): 345-351. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.04.008
[13]	郑艺裕, 崔祜涛, 王晓芳. 附着小天体的动态面鲁棒制导与控制方法 . 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(2): 155-161. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.02.009
[14]	江秀强, 陶婷, 杨威, 李爽. 附着小天体的最优制导控制方法 . 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(1): 53-60. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.01.008
[15]	胡海静, 朱圣英, 崔平远. 基于Lyapunov函数的小天体软着陆障碍规避控制方法 . 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(2): 149-154. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.02.008
[16]	魏若岩, 阮晓钢, 庞涛, OuattaraSIE, 武旋, 肖尧. 小天体软着陆中的地面特征区域提取与跟踪算法 . 深空探测学报(中英文）, 2014, 1(4): 308-314. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2014.04.011
[17]	蓝朝桢, 耿迅, 徐青, 崔平远. 基于序列影像的小天体三维形状重建方法研究 . 深空探测学报(中英文）, 2014, 1(2): 140-145.
[18]	于洋, 宝音贺西. 小天体附近的轨道动力学研究综述 . 深空探测学报(中英文）, 2014, 1(2): 93-104.
[19]	贺晶, 龚胜平, 李俊峰. 利用逃逸能量的太阳帆最快交会轨迹优化 . 深空探测学报(中英文）, 2014, 1(1): 60-66.
[20]	袁旭, 朱圣英, 乔栋, 崔平远. 小天体着陆动力学参数不确定性影响分析 . 深空探测学报(中英文）, 2014, 1(2): 134-139.

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基于伪谱法的小天体最优下降轨迹优化方法

doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.01.008

袁旭,
朱圣英

北京理工大学深空探测技术研究所, 北京 100081;深空自主导航与控制工信部重点实验室, 北京 100081;飞行器动力学与控制教育部重点实验室, 北京 100081

基金项目: 国家重点基础研究发展计划“973”项目(2012CB720000);国家自然科学基金资助项目(61374216,61304226,61304248);教育部博士点基金(20121101120006)

收稿日期: 2014-11-29
修回日期: 2015-10-09

关键词:

摘要: 针对小天体着陆探测下降阶段的多约束轨迹优化问题,基于Gauss伪谱法进行了燃耗最优下降轨迹优化设计,得出了燃耗最优下降轨迹。建立了小天体下降轨迹优化问题的最优控制问题模型,采用Gauss伪谱法进行离散化,转化为非线性规划问题进行了求解。数学仿真结果显示:优化结果符合各项约束条件,以零速度到达了目标着陆点,且符合燃耗最优的优化目标。利用Gauss伪谱法进行小天体最优下降轨迹优化,计算速度快,求解精度高。

English Abstract

袁旭, 朱圣英. 基于伪谱法的小天体最优下降轨迹优化方法[J]. 深空探测学报(中英文）, 2016, 3(1): 51-55. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.01.008

引用本文:

袁旭, 朱圣英. 基于伪谱法的小天体最优下降轨迹优化方法[J]. 深空探测学报(中英文）, 2016, 3(1): 51-55. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.01.008

YUAN Xu, ZHU Shengying. Small Body Descent Trajectory Optimization Based on Pseudospectral Method[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2016, 3(1): 51-55. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.01.008

Citation:

YUAN Xu, ZHU Shengying. Small Body Descent Trajectory Optimization Based on Pseudospectral Method[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2016, 3(1): 51-55. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.01.008

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