基于UKF参数估计的地月自由返回轨道设计

张洪礼; 韩潮; 胡雯婷

doi:10.15982/j.issn.2095-7777.2017.02.012

中文核心期刊

中国科技核心期刊

中国科学引文数据库（CSCD）来源期刊

中国高校优秀科技期刊

中国宇航学会深空探测技术专业委员会会刊

高级检索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

x 关闭永久关闭

“可重复使用运载器”专刊征稿启事

基于UKF参数估计的地月自由返回轨道设计

张洪礼, 韩潮, 胡雯婷

文章导航 > 深空探测学报(中英文） > 2017 > 4(2): 178-183

张洪礼, 韩潮, 胡雯婷. 基于UKF参数估计的地月自由返回轨道设计[J]. 深空探测学报(中英文）, 2017, 4(2): 178-183. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.02.012

引用本文:

张洪礼, 韩潮, 胡雯婷. 基于UKF参数估计的地月自由返回轨道设计[J]. 深空探测学报(中英文）, 2017, 4(2): 178-183. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.02.012

ZHANG Hongli, HAN Chao, HU Wenting. Design of Lunar Free-Return Trajectories Based on UKF Parameter Estimation[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2017, 4(2): 178-183. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.02.012

Citation:

ZHANG Hongli, HAN Chao, HU Wenting. Design of Lunar Free-Return Trajectories Based on UKF Parameter Estimation[J]. Journal of Deep Space Exploration, 2017, 4(2): 178-183. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.02.012

基于UKF参数估计的地月自由返回轨道设计

doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.02.012

1.
北京航空航天大学宇航学院, 北京 100191;北京机电工程研究所, 北京 100074
2.
北京航空航天大学宇航学院, 北京 100191
3.
北京机电工程研究所, 北京 100074

Design of Lunar Free-Return Trajectories Based on UKF Parameter Estimation

1.
School of Astronautics, Beihang University, Beijing 100191, China;Beijing Institute of Mechanical and Electrical Engineering, Beijing 100074, China
2.
School of Astronautics, Beihang University, Beijing 100191, China
3.
Beijing Institute of Mechanical and Electrical Engineering, Beijing 100074, China

摘要: 为快速简便地设计地月自由返回轨道，提出了一种基于UKF参数估计算法的地月自由返回轨道设计方法。该算法不仅避免了传统数值方法推导相关梯度矩阵的复杂性，而且只需基于地月系统二体模型给出猜测初值，从而显著降低了自由返回轨道设计的难度，将地月自由返回轨道对应的两点边值问题的求解转化为参数估计问题，该算法可以得到高精度模型下收敛的精确解。数值仿真结果表明：该算法结构简洁，求解效率较高，所得结果精确且具有良好的鲁棒性，可以作为地月自由返回轨道设计的一个有力工具。
- 地月自由返回轨道 /
- 微分修正法 /
- 无迹卡尔曼滤波 /
- 参数估计
Abstract: A fast and convenient design-method based on UKF parameter estimation is proposed for lunar free-return trajectories. The method proposed avoids calculating the Jacobian matrix and obtains large convergence ability compared with the common differential-correction method. Given that the initial estimate of the free-return trajectory is generated under the two-body Earth-spacecraft model, the difficulty of guessing a good initial estimate is greatly reduced. Through solving the converted parameter estimation problem using the method proposed, the converged final solution can be found under a high-fidelity gravitational model by a few iterations. Despite its simplicity, the method is proves to be quite effective in finding the solution of lunar free-return trajectories with great numerical accuracy.
- lunar free-return trajectories /
- differential-correction method /
- unscented Kalman filter /
- parameter estimation

[1]	SchwanigerA J. Trajectories in the earth-moon space with symmetrical free return properties, Technical Note D-1833[R].[S. l]:National Aeronautics and Space Administration,1963.
[2]	Jesick M,Ocampo. Automated generation of symmetric lunar free-return trajectories[J]. Journal of Guidance,Control,and Dynamics,2011,34(1):98-106.
[3]	Green B S,LewinN. A gradient method for obtaining circumlunar trajectories[C]//AIAA Astrodynamics conference.[S.l]:AIAA, 1963.
[4]	Miele A,Wang T,Mancuso S. Optimal free-return trajectories for moon missions and mars missions[J]. Journal of the Astronautical Sciences,2000,48(2-3):183-206.
[5]	Peng Q B,Shen H X,Li H Y. Free return orbit design and characteristics analysis for manned lunar mission[J]. Science China Technological Sciences,2012,54(12):3243-3250.
[6]	Luo Q,Yin J,Han C. Design of earth-moon free-return trajectories[J]. Journal of Guidance,Control,and Dynamics,2012,36(1):263-271.
[7]	Luo Q,Meng Z,Han C. Solution algorithm to a quasi-lambert's problem with fixed flight-direction angle constraint[J]. Celestial Mechanics and Dynamical Astronomy,2011,109(4):409-427.
[8]	Haykin S. Kalman filtering and neural networks[M]. New York:John Wiley & Amp Sons Inc,2001.
[9]	Julier S J. The spherical simplex unscented transformation[C]//Proceedings of the American Control Conference. Denver,Colorado:[s. n.],2003.
[10]	Julier S J. The scaled unscented transformation[C]//Proceedings of the American Control Conference. Anchorage:[s. n],2002.

[1]	石玉, 舒磊正, 张皓. 与地共轨小行星附近测绘轨道的性能分析与评估 . 深空探测学报(中英文）, 2022, 9(4): 1-9. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2022.20220044
[2]	段成林, 张宇, 韩意, 段建锋. “天问一号”太阳等离子体延迟误差分析与修正 . 深空探测学报(中英文）, 2021, 8(6): 592-599. doi: 10.15982/j.issn.2096-9287.2021.20210103
[3]	周伟莉, 宋淑丽, 李培佳, 张志斌, 黄超, 黄勇, 王广利. 基于GNSS加密网的VLBI电离层时延修正方法 . 深空探测学报(中英文）, 2020, 7(4): 362-370. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2020.20200056
[4]	谭立英, 孙征虎. 深空月地激光高速信息传输技术 . 深空探测学报(中英文）, 2019, 6(6): 515-522. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2019.06.001
[5]	马超, 刘飞, 曾婷, 赵曾, 庞勇, 樊明旭, 姜生元. 无轴螺旋式模拟月壤主动填充装置研制 . 深空探测学报(中英文）, 2019, 6(1): 57-62. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2019.01.009
[6]	郭朋真, 李博, 康冬鹏, 于思源, 王淇, 南方, 谭立英, 马晶. J₂轨道模型对月地激光通信预瞄准精度影响研究 . 深空探测学报(中英文）, 2019, 6(6): 530-536. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2019.06.003
[7]	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
[8]	詹亚锋, 段超伟, 孔谦. 分布式天线组阵优选设计 . 深空探测学报(中英文）, 2018, 5(2): 168-174. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2018.02.009
[9]	贺波勇, 曹鹏飞, 罗亚中, 李海阳. 环月轨道交会的载人登月任务轨道与窗口规划 . 深空探测学报(中英文）, 2017, 4(5): 471-476. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.05.008
[10]	熊森, 程谋森, 王墨戈, 杭观荣, 康小录. 同心嵌套式霍尔推力器参数设计方法研究 . 深空探测学报(中英文）, 2017, 4(3): 238-244. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.03.006
[11]	高珊, 周文艳, 梁伟光, 刘德成, 唐玉华, 杨维廉. 地月拉格朗日L2点中继星轨道分析与设计 . 深空探测学报(中英文）, 2017, 4(2): 122-129. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.02.004
[12]	刘磊, 曹建峰, 胡松杰, 唐歌实. 地月L2点周期轨道的月球背面覆盖分析 . 深空探测学报(中英文）, 2017, 4(4): 361-366. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.04.008
[13]	孙超, 唐玉华, 李翔宇, 乔栋. 地-月L2点中继星月球近旁转移轨道设计 . 深空探测学报(中英文）, 2017, 4(3): 264-269,275. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.03.010
[14]	安然, 王敏, 梁新刚. 基于不变流形的地-月L2点转移轨道优化设计 . 深空探测学报(中英文）, 2017, 4(3): 252-257. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.03.008
[15]	梁伟光, 周文艳, 周建亮, 杨维廉. 地月系L2平动点轨道长期维持过程研究 . 深空探测学报(中英文）, 2017, 4(2): 166-170,183. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.02.010
[16]	宁晓琳, 李卓, 黄盼盼, 杨雨青, 刘刚, 房建成. 火星探测器捕获段自适应卡尔曼滤波方法 . 深空探测学报(中英文）, 2016, 3(3): 237-245. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.03.007
[17]	彭祺擘, 贺波勇, 张海联. 地月转移自由返回轨道偏差传播分析 . 深空探测学报(中英文）, 2016, 3(1): 56-60. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2016.01.009
[18]	刘文俊, 郝万宏, 谌明, 李海涛. 异地天线组阵站间时延差修正技术研究与验证 . 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(3): 267-271. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.03.013
[19]	傅惠民, 娄泰山, 肖强. 火星进入段探测器自校准状态估计 . 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(3): 224-228. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.03.006
[20]	刘磊, 曹建峰, 胡松杰, 唐歌实. 地月平动点中继应用轨道维持 . 深空探测学报(中英文）, 2015, 2(4): 318-324. doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2015.04.004

点击查看大图

计量

文章访问数: 2327
HTML全文浏览量: 93
PDF下载量: 1289
被引次数: 0

基于UKF参数估计的地月自由返回轨道设计

doi: 10.15982/j.issn.2095-7777.2017.02.012

1. 北京航空航天大学宇航学院, 北京 100191;北京机电工程研究所, 北京 100074

2. 北京航空航天大学宇航学院, 北京 100191

3. 北京机电工程研究所, 北京 100074

收稿日期: 2015-09-20
修回日期: 2015-12-02
刊出日期: 2017-04-01

关键词:

摘要: 为快速简便地设计地月自由返回轨道，提出了一种基于UKF参数估计算法的地月自由返回轨道设计方法。该算法不仅避免了传统数值方法推导相关梯度矩阵的复杂性，而且只需基于地月系统二体模型给出猜测初值，从而显著降低了自由返回轨道设计的难度，将地月自由返回轨道对应的两点边值问题的求解转化为参数估计问题，该算法可以得到高精度模型下收敛的精确解。数值仿真结果表明：该算法结构简洁，求解效率较高，所得结果精确且具有良好的鲁棒性，可以作为地月自由返回轨道设计的一个有力工具。