了得網工業技術_航天器軌跡優化理論、方法及應用

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航天器軌道,軌道力學

內容簡介

《航天器軌跡優化理論、方法及應用》是飛行器設計領域的一《航天器軌跡優化理論、方法及應用》，《航天器軌跡優化理論、方法及應用》以運載火箭發射、航天器再入、航天器軌道機動為應用背景，從軌跡**化基本理論、**控制數值方法、航天領域的各種軌跡優化問題求解等方面著手，繫統闡述了航天器軌跡優化的理論、方法、應用和軟件等，其主要內容包括：①航天器軌跡優化研究進展；②軌跡**控制理論；③軌跡優化問題參數化方法；④軌跡優化常用數值優化算法；⑤運載火箭發射軌道設計優化；⑥航天器再人軌跡設計優化；⑦航天器空間脈衝和有限推力**軌道機動；⑧航天器軌跡優化軟件。

目錄
前言
第1章緒論 1
1.1 航天器軌跡優化的研究背景與意義 1
1.2 航天器軌跡優化問題分類 2
1.3 航天器軌跡優化的發展歷程 3
1.3.1 20世紀50年代前後的**控制理論 4
1.3.2 20世紀60年代發展興起的間接法 5
1.3.3 20世紀70年代以來的直接法 7
1.3.4 20世紀90年代以來的智能優化算法 11
1.4 本書的目的和內容安排 13
參考文獻 14
第2章軌跡**化基礎理論 17
2.1 **控制問題的數學描述 17
2.2 變分法 18
2.2.1 泛函極值與變分 18
2.2.2 泛函極值的必要條件 21
2.2.3 **控制問題的變分法 24
2.3 極小值原理 26
2.3.1 極小值原理的基本形式 26
2.3.2 具有軌線約束的**控制問題 28
2.4 數學規劃基本理論 31
2.4.1 無約束極值理論 31
2.4.2 等式約束極值問題的經典拉格朗日理論 32
2.4.3 不等式約束極值問題的庫恩-塔克(Kuhn-Tucker)理論 33
參考文獻 35
第3章軌跡優化參數化方法 37
3.1 基於極小值原理的間接法 37
3.1.1 間接法的參數化方法 37
3.1.2 間接法的特點 38
3.1.3 間接法的若干典型應用 38
3.2 傳統的直接法 39
3.2.1 傳統直接法的參數化方法 39
3.2.2 傳統直接法的特點 43
3.2.3 傳統直接法的若干典型應用 43
3.3 偽譜法 43
3.3.1 偽譜法的參數化方法 44
3.3.2 偽譜法的特點 49
3.3.3 偽譜法的若干典型應用 49
3.4 其他方法 50
3.4.1 動態逆方法 50
3.4.2 動態規劃方法 51
3.4.3 滾動時域優化 52
3.4.4 快速探索隨機樹法 53
3.4.5 軌跡優化方法的其他相關問題 54
參考文獻 55
第4章軌跡優化數值優化算法 58
4.1 航天器軌跡優化中的優化算法研究概述 58
4.1.1 航天器軌跡優化中的經典優化算法 58
4.1.2 航天器軌跡優化中的智能優化算法 59
4.2 兩點邊值問題的求解方法 60
4.2.1 兩點邊值問題的打靶法 61
4.2.2 共軛梯度法 61
4.2.3 兩點邊值問題的非線性優化 62
4.3 經典非線性規劃算法 62
4.3.1 無約束直接優化算法 62
4.3.2 無約束間接優化算法 63
4.3.3 約束處理算法 63
4.4 序列二次規劃算法 67
4.4.1 概述 67
4.4.2 算法原理與步驟 68
4.4.3 軟件 71
4.5 智能優化算法 71
4.5.1 遺傳算法 71
4.5.2 模擬退火算法 73
4.5.3 微粒群算法 76
4.5.4 差分進化算法 77
4.5.5 蟻群算法 78
4.6 多目標優化算法 79
4.6.1 多目標優化問題 79
4.6.2 多目標問題求解方法分類 80
4.6.3 傳統的多目標優化算法 82
4.6.4 多目標進化算法 82
4.6.5 物理規劃方法 88
參考文獻 92
第5章運載火箭發射軌道設計優化 101
5.1 運載火箭發射軌道設計優化研究進展 101
5.1.1 國外研究進展 101
5.1.2 國內研究進展 102
5.2 發射軌道設計優化基本模型 103
5.2.1 運載火箭發射軌道動力學模型 103
5.2.2 運載火箭發射軌道優化問題 104
5.2.3 發射軌道程序角參數化方法 105
5.2.4 目標軌道入軌條件計算 106
5.3 地球同步軌道發射軌道設計 107
5.3.1 發射過程 107
5.3.2 停泊軌道的選擇與進入停泊軌道的條件 108
5.3.3 GTO的選擇與進入GTO的條件 108
5.3.4 俯仰角程序的選擇 109
5.4 基於分解策略的GTO發射軌道優化 110
5.4.1 研究內容 110
5.4.2 參數化處理及分析計算模型 110
5.4.3 兩級規劃模型 111
5.4.4 發射軌道的分解優化模型 112
5.4.5 優化策略設計 114
5.4.6 GTO發射軌道優化結果分析 115
5.5 LEO和SSO發射軌道優化策略 119
5.5.1 LEO發射軌道優化策略 120
5.5.2 SSO發射軌道優化策略 120
5.6 *小起飛質量兩級優化 121
5.6.1 *小起飛質量優化策略 121？？
5.6.2 *小起飛質量兩級規劃模型 122
5.6.3 結果分析 124
參考文獻 126
第6章航天器再入軌跡設計優化 129
6.1 再入軌跡設計優化研究進展 129
6.1.1 傳統航天器再入軌跡設計 129
6.1.2 機動再入飛行器軌跡優化 129
6.2 傳統再入航天器軌跡設計優化 131
6.2.1 彈道-升力式再入軌跡設計 131
6.2.2 升力式再入軌跡設計 133
6.3 基於平面運動模型的滑翔式再入軌跡優化 135
6.3.1 軌跡優化問題描述 136
6.3.2 軌跡優化算例與結果分析 138
6.3.3 基於軌跡優化的**攻角設計 142
6.4 基於空間運動模型的滑翔式再入軌跡優化 144
6.4.1 軌跡優化問題描述 145
6.4.2 軌跡優化策略與求解器 149
6.4.3 軌跡優化算例與結果分析 150
6.5 基於空間運動模型的滑翔式再入軌跡在線生成 156
6.5.1 軌跡在線生成問題描述 157
6.5.2 再入走廊的確定 158
6.5.3 縱向參考軌跡的在線規劃 159
6.5.4 三自由度軌跡的在線生成 161
6.5.5 軌跡在線生成算例與結果分析 163
參考文獻 164
第7章空間**脈衝軌道機動 167
7.1 空間**軌道機動問題 167
7.1.1 基本數學模型 167
7.1.2 軌道機動問題的分類 168
7.1.3 不同推力模型及設計變量 169
7.2 **脈衝軌道機動研究概述 170
7.2.1 間接方法 171
7.2.2 直接方法 172
7.3 **脈衝軌道機動基本理論和算法 173
7.3.1 主矢量理論及算法 173
7.3.2 Lambert算法 178
7.4 **脈衝軌道轉移典型算法 187
7.4.1 典型**軌道轉移結論 187
7.4.2 基於Lambert算法的**多脈衝轉移 188
7.4.3 基於Gauss偽譜法的多脈衝**轉移 190
7.5 **脈衝軌道交會典型算法 195
7.5.1 基於主矢量理論的**脈衝線性交會 195
7.5.2 **多脈衝非線性交會的規劃模型 199
7.5.3 基於主矢量理論和進化算法的交互式求解方法 201
7.6 深空探測引力輔助**脈衝機動優化 211
7.6.1 引力輔助機動分析模型 211
7.6.2 多脈衝機動優化模型 212
7.6.3 算例分析 215
7.7 小行星探測多脈衝交會軌道多目標優化 217
7.7.1 小行星探測深空轉移軌道機動問題 218
7.7.2 多目標優化模型與算法 219
7.7.3 算例分析 220
參考文獻 223
第8章空間有限推力**軌道機動 228
8.1 有限推力**軌道機動研究概述 228
8.1.1 間接方法 228
8.1.2 直接方法 230
8.1.3 其他方法 231
8.2 固定推力地球軌道轉移問題 231
8.2.1 兩點邊值問題 232
8.2.2 邊值條件分析 233
8.2.3 算例分析 235
8.3 小推力火星探測**軌道轉移問題 236
8.3.1 小推力星際軌道轉移問題 237
8.3.2 *短時間軌道轉移的間接算法 238
8.3.3 基於模擬退火算法的直接優化方法 240
8.4 有限推力**線性交會問題 242
8.4.1 C-W交會動力學模型 242
8.4.2 連續推力**線性交會 243
8.4.3 固定推力**線性交會 248
8.5 小推力**非線性交會問題 252
8.5.1 小推力軌道動力學模型 252
8.5.2 小推力**交會的典型間接法 256
8.5.3 小推力**交會的直接法性能分析 258
8.6 月面**著陸問題 266
8.6.1 月面**定點著陸問題描述 266
8.6.2 優化策略 270
8.6.3 算例分析 271
參考文獻 273
第9章航天器軌跡優化軟件 279
9.1 概述 279
9.2 美國典型軌跡優化軟件 281
9.2.1 POST和GTS281
9.2.2 OTIS281
9.2.3 SOCS282
9.2.4 DIDO282
9.3 歐洲典型軌跡優化軟件 282
9.3.1 ASTOS282
9.3.2 其他軌跡優化軟件 285
9.4 著者開發的軌跡優化軟件 286
9.4.1 運載火箭軌跡優化軟件 286
9.4.2 空間交會路徑規劃軟件 288
9.4.3 優化算法與**控制軟件(SOAOC)294
參考文獻 297

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