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考虑碰撞与黏滑的小天体表面软着陆模型与轨迹设计
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作者 姜宇 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2019年第8期25-33,共9页
在考虑碰撞与黏滑效应的情况下,针对小天体表面软着陆过程进行了研究.首先采用多面体模型分析了小天体表面的不规则外形与地形地貌.采用软球离散元模型填充多面体模型及覆盖多面体模型表面的方法来模拟不规则小天体的不规则几何外形、... 在考虑碰撞与黏滑效应的情况下,针对小天体表面软着陆过程进行了研究.首先采用多面体模型分析了小天体表面的不规则外形与地形地貌.采用软球离散元模型填充多面体模型及覆盖多面体模型表面的方法来模拟不规则小天体的不规则几何外形、引力环境、表面碰撞与弹跳等.分别考虑了无效软着陆和软着陆成功两种不同情形下的着陆器动力学参数计算结果,分析了达到预定软着陆区域和未达到预定软着陆区域的算例的不同.研究表明,小天体表面软着陆的核心问题则是碰撞弹跳与黏滑效应.如果软着陆初始条件选取不佳,着陆器可能弹跳后继续形成环绕轨道运动、或者未弹跳直接形成平衡点附近的拟周期轨道、或者最终着陆区域远离预定软着陆区域而导致任务失败.小天体表面软着陆应尽量选择非赤道面、平坦区域或凹区域进行软着陆. 展开更多
关键词 小天体 软着陆 碰撞运动 弹跳运动 黏滑效应
地球静止卫星电推进轨道保持策略优化 预览 被引量:1
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作者 蒯政中 沈红新 +1 位作者 何清波 《中国空间科学技术》 CSCD 北大核心 2018年第3期69-75,共7页
针对电推力器控制弧段长、传统轨道保持计算常用的脉冲假设不能适用的问题,提出了静止卫星轨道保持的平运动动力学模型和长期控制策略优化方法。由于轨道保持控制的是平均轨道要素,文章提出了一种基于春分点轨道要素的高精度平根外推... 针对电推力器控制弧段长、传统轨道保持计算常用的脉冲假设不能适用的问题,提出了静止卫星轨道保持的平运动动力学模型和长期控制策略优化方法。由于轨道保持控制的是平均轨道要素,文章提出了一种基于春分点轨道要素的高精度平根外推动力学模型,与STK-HPOP模型比对高度吻合;提出了综合考虑轨道东西和南北控制的耦合控制优化模型,设计了基于序列二次规划的优化求解方法。仿真算例中研究了二推力器配置的静止卫星4周轨道保持问题,仿真结果表明,该方法可以优化长期轨道保持控制策略。 展开更多
关键词 地球静止卫星 轨道保持 电推进 优化控制策略 序列二次规划
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基于随机森林的月球表面软着陆实时最优控制 预览 被引量:1
3
作者 姜春生 沈红新 +1 位作者 王永 《中国空间科学技术》 CSCD 北大核心 2018年第3期8-14,共7页
针对传统月球表面软着陆在处理入轨偏差或降落过程轨迹偏离实时性差,文章提出一种通过监督学习离线训练随机森林结构,使得着陆器在降落过程中根据其状态,通过训练的随机森林结构在线计算其控制量,从而达到实时控制的目的。文章还提... 针对传统月球表面软着陆在处理入轨偏差或降落过程轨迹偏离实时性差,文章提出一种通过监督学习离线训练随机森林结构,使得着陆器在降落过程中根据其状态,通过训练的随机森林结构在线计算其控制量,从而达到实时控制的目的。文章还提出一种基于随机森林的模型对月球着陆过程轨迹重规划技术,通过动力学建模将月球着陆过程分成制动段、接近段和着陆段共3个阶段,利用离线训练好的模型根据航天器状态在线计算其控制量,并通过三段下降过程逐渐降低航天器位置速度误差。仿真结果表明,针对入轨偏离500 m的情况,通过第一阶段将位置误差缩短至50 m,保证了航天器状态位于第二阶段训练集内,经过接近段后再将位置误差缩小至10 m范围内,速度误差降至0.01 m/s量级, 满足着陆误差要求,且控制量计算时间短,达到了轨迹实时重规划的目的。 展开更多
关键词 月球表面软着陆 实时控制 监督学习 随机森林 动力学建模 轨迹重规划
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潜在威胁小行星碰撞防御的计算与分析 预览 被引量:1
4
作者 姜宇 程彬 +1 位作者 宝音贺西 《深空探测学报》 2017年第2期190-195,共6页
研究了采用碰撞的方式进行小行星防御的动力学问题。采用多面体模型来建立小行星的外形模型,以碎石堆模型来建立小行星的结构模型,计算了小行星受到与其密度和材质相同的球体高速碰撞过程和碰撞后的碎石分布。计算过程在考虑了小行星与... 研究了采用碰撞的方式进行小行星防御的动力学问题。采用多面体模型来建立小行星的外形模型,以碎石堆模型来建立小行星的结构模型,计算了小行星受到与其密度和材质相同的球体高速碰撞过程和碰撞后的碎石分布。计算过程在考虑了小行星与碰撞球体的接触形变以及小行星内部组成碎石堆的接触形变条件下,计算了碎石堆内部的相互引力、法向接触力、切向静摩擦力、切向动摩擦力和滚动摩擦力矩。以小行星101955 Bennu(中文名贝努)为对象计算了潜在威胁小行星的碰撞防御过程的动力学行为。结果显示:采用高速碰撞的方法进行小行星防御可以有效地将小行星撞成大量碎小的石块,且该方法具有核爆的方法不可比拟的优势,即对空间环境无污染。 展开更多
关键词 潜在威胁小行星 小行星防御 小行星碰撞 碰撞防御 碎石堆小行星
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搭载平动点中继星的载人自由返回探月轨道设计与优化 预览
5
作者 路毅 +3 位作者 韩雷 王军 曹璐 张建辉 《载人航天》 CSCD 2017年第3期320-326,共7页
针对意义重大但目前尚无成功先例的月球背面载人登月任务,通过建立地惯系三体动力学模型,采用微分修正法迭代计算,设计了未来载人登月任务的候选自由返回轨道;通过建立旋转系三体动力学模型,利用“类Halo轨道截面”法,得到了从自由返回... 针对意义重大但目前尚无成功先例的月球背面载人登月任务,通过建立地惯系三体动力学模型,采用微分修正法迭代计算,设计了未来载人登月任务的候选自由返回轨道;通过建立旋转系三体动力学模型,利用“类Halo轨道截面”法,得到了从自由返回轨道以最低能耗转移到L2点halo轨道的拼接轨道。仿真计算结果显示所优化设计的搭载中继星的载人自由返回探月轨道既能满足任务安全要求,又能以最小能耗布设中继星座并提供中继任务支持。设计方法和结果可对未来月球背面载人着陆探测任务安全轨道设计和月球中继星座的设计方面提供参考。 展开更多
关键词 月球背面 载人登月 轨道优化 平动点轨道 不变流形
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地面强激光操控空间碎片避碰的控制策略 预览 被引量:1
6
作者 侯重远 +1 位作者 杨元 路毅 《红外与激光工程》 EI CSCD 北大核心 2017年第3期22-27,共6页
日益增长的太空碎片为载人空间站和卫星带来严重的安全挑战。2011年,NASA提出使用地面连续激光照射空间碎片,利用其微弱的光压力效应,通过长期积累,改变其轨道,从而预防其与航天器可能的碰撞。这一碰撞避免方法并不把太空碎片拉回... 日益增长的太空碎片为载人空间站和卫星带来严重的安全挑战。2011年,NASA提出使用地面连续激光照射空间碎片,利用其微弱的光压力效应,通过长期积累,改变其轨道,从而预防其与航天器可能的碰撞。这一碰撞避免方法并不把太空碎片拉回大气层内,而是防止碰撞,由于不需要航天器机动,且光压的温和作用也对激光器发射功率没有太高要求,因此这种避碰方法受到广泛关注。然而,该方法的提出者采用的迎面照射控制律尽管简单但非最优,故需要设计最优控制律。通过建立两点边值问题模型,以两物体之间距离的最大化为控制目标,求解了最优性条件。仿真显示,经优化后控制律的避碰效果提高程度非常显著,提高幅度与初轨有关,通常为25%~125%。 展开更多
关键词 地基激光系统 控制策略 空间碎片 避碰
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静止卫星小推力多圈转移轨道间接优化 预览
7
作者 沈红新 《宇航学报》 CSCD 北大核心 2017年第10期1041-1047,共7页
本文研究了电推进平台地球静止(GEO)卫星转移轨道优化问题。在动力学模型中考虑了地球J2项摄动,基于庞特里压金极大值原理(PMP)推导了时间最优变轨控制律及其一阶必要性边界条件,采用推力幅值延拓技术和牛顿下山法对最优控制两点边... 本文研究了电推进平台地球静止(GEO)卫星转移轨道优化问题。在动力学模型中考虑了地球J2项摄动,基于庞特里压金极大值原理(PMP)推导了时间最优变轨控制律及其一阶必要性边界条件,采用推力幅值延拓技术和牛顿下山法对最优控制两点边值问题求解。仿真算例表明本文方法的有效性,相对已有结果性能指标可以提升5%左右。分析了静止卫星小推力多圈时间最优转移轨道要素变化特性,可供工程实际参考。 展开更多
关键词 电推进 地球静止卫星 间接法 两点边值问题 轨道优化
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基于光度观测的空间目标姿态与角速度估计 被引量:2
8
作者 单斌 梁勇奇 《光学学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第5期136-147,共12页
基于目标形状反射以及太阳、地球和空间目标三者的运动关系建立了空间目标的光度量测模型,分析了姿态角、角速度和目标形状对光度观测数据的影响。建立了目标姿态角与角速度的运动学模型,实现了对姿态和角速度的联合估计,并探讨了算法... 基于目标形状反射以及太阳、地球和空间目标三者的运动关系建立了空间目标的光度量测模型,分析了姿态角、角速度和目标形状对光度观测数据的影响。建立了目标姿态角与角速度的运动学模型,实现了对姿态和角速度的联合估计,并探讨了算法的自适应估计能力。仿真结果表明,该光度观测方案可实现未知姿态角与自旋角速度的估计,姿态角和角速度缓慢变化时算法具备自适应估计能力,但随着目标侧面数的增加,姿态和角速度估计误差增大且算法收敛速度变慢。 展开更多
关键词 测量 光度观测 姿态估计 角速度估计 量测建模
基于非线性自回归神经网络的局部大气密度预测方法 预览
9
作者 常欣卓 杨开忠 +2 位作者 沈红新 《中国科学技术大学学报》 CSCD 北大核心 2017年第12期1015-1022,共8页
由于现有大气密度模型精度不足,在对低轨卫星定轨和轨道预报时容易产生较大误差,而观测手段的缺乏以及对高层大气物理机理缺乏足够了解给大气密度模型的建立带来了一定的困难.提出了利用神经网络来建立大气密度预测模型.首先,利用两行... 由于现有大气密度模型精度不足,在对低轨卫星定轨和轨道预报时容易产生较大误差,而观测手段的缺乏以及对高层大气物理机理缺乏足够了解给大气密度模型的建立带来了一定的困难.提出了利用神经网络来建立大气密度预测模型.首先,利用两行轨道根数对NRLMSISE-00大气模型校准得到沿轨道的局部化密度模型,然后基于非线性自适应回归神经网络(NARX)构建大气密度预测模型.该模型主要结合校准后MSIS模型以及太阳与地磁活动指数来预测未来一段时间内局部大气密度.将该模型应用于不同的卫星轨道数据,进行了多个时间段的模拟试验.与卫星实测密度的比对结果显示,相对于MSIS密度模型,该模型的预测误差有了一定的减小,为提高低轨卫星短期轨道预报精度提供了思路. 展开更多
关键词 低轨卫星 大气密度 轨道预报 NARX神经网络
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日地平动点编队飞行自抗扰轨道维持控制 预览 被引量:1
10
作者 姜春生 王永 +1 位作者 楼张鹏 《空间控制技术与应用》 CSCD 北大核心 2017年第1期49-54,60共7页
对日地平动点附近的航天器编队控制问题进行研究,为解决基于局部线性化模型设计轨道保持控制器时存在的控制精度不高、模型精确性过度依赖等问题,提出基于圆型限制性三体问题的日-地/月系统L_2点附近主从式航天器编队飞行的相对位置控... 对日地平动点附近的航天器编队控制问题进行研究,为解决基于局部线性化模型设计轨道保持控制器时存在的控制精度不高、模型精确性过度依赖等问题,提出基于圆型限制性三体问题的日-地/月系统L_2点附近主从式航天器编队飞行的相对位置控制问题的解决方法.将主航天器设定在Halo轨道上,从航天器利用自抗扰控制方法控制在主航天器周围,编队系统内的未知动力学和外部扰动由扩张状态观测器获得,并利用非线性误差反馈对其进行补偿.数值仿真结果显示采用0.1μN到10 m N的控制力即可使航天器相对位置误差控制在位置精度要求范围内,同时在存在未知干扰的情况下该方法依然具有很好的鲁棒性,从而验证优越性. 展开更多
关键词 航天器编队飞行 主从编队 圆型限制性三体问题 平动点轨道 自抗扰控制
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木卫停泊轨道间低耗能小推力转移轨道设计方法研究1) 预览
11
作者 路毅 俊强 +4 位作者 韩雷 兆明 曹璐 候俊楠 《力学与实践》 北大核心 2016年第5期501-510,共10页
对木卫停泊轨道间的低耗能小推力转移轨道设计方法进行了研究,提出基于“类halo轨道截面”法的低耗能转移轨道参数化方法和基于配点法的多体Lambert问题求解算法,并利用全局优化算法得出了燃耗最少的初步优化结果;利用多体同伦法和... 对木卫停泊轨道间的低耗能小推力转移轨道设计方法进行了研究,提出基于“类halo轨道截面”法的低耗能转移轨道参数化方法和基于配点法的多体Lambert问题求解算法,并利用全局优化算法得出了燃耗最少的初步优化结果;利用多体同伦法和固定近心点高度的多圈转移控制律得到了各段小推力转移轨道的有效设计结果.所提方法同样适用于其他天体间的转移轨道设计,为多体环境下低耗能小推力转移轨道提出了新的设计思路和方法. 展开更多
关键词 木卫 低耗能 小推力 轨道设计 多体环境
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多星编队构型重构全局优化策略——第七届全国空间轨道设计竞赛乙题解法 预览 被引量:2
12
作者 曹静 沈红新 《力学与实践》 北大核心 2016年第6期697-704,共8页
第七届全国空间轨道设计竞赛乙组题目以近地轨道卫星编队的燃料最优构型重构问题为背景,要求合理设计从星的相对飞行轨迹,构建尽可能多的目标构型,并考虑燃料消耗均衡分配问题.本文介绍了该题目的解法,包括问题分析、求解方案以及... 第七届全国空间轨道设计竞赛乙组题目以近地轨道卫星编队的燃料最优构型重构问题为背景,要求合理设计从星的相对飞行轨迹,构建尽可能多的目标构型,并考虑燃料消耗均衡分配问题.本文介绍了该题目的解法,包括问题分析、求解方案以及相关计算结果.由于燃料最优控制问题可用能量最优控制问题近似,文中采用能量最优连续推力优化模型近似计算燃料最优控制律.首先通过优化分析两两构型之间的燃料消耗,确定了构建4种目标构型的次序;然后综合考虑构型保持时间约束以及相位约束,采用混合PSO(particleswarmoptimization)算法进行全局优化;最后将影响燃料消耗指标的从星相对飞行轨迹的连续推力段转化为bang-bang控制. 展开更多
关键词 竞赛 轨道设计 编队重构 连续推力
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状态信息和轨道信息下的非合作目标精密跟踪技术 预览
13
作者 黄普 孙守明 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2016年第2期6-10,共5页
针对随机脉冲推力控制下的空间机动目标跟踪问题,提出一种基于状态信息和轨道信息的实时跟踪算法。该算法通过基于机动推力a-β动力学模型和改进当前统计模型的并行计算滤波器,完成空间非合作目标高精度实时跟踪。同时,利用直观的轨道信... 针对随机脉冲推力控制下的空间机动目标跟踪问题,提出一种基于状态信息和轨道信息的实时跟踪算法。该算法通过基于机动推力a-β动力学模型和改进当前统计模型的并行计算滤波器,完成空间非合作目标高精度实时跟踪。同时,利用直观的轨道信息,完成机动检测,采取重置滤波参数的方式获得更快的收敛速度和稳健性。仿真实验表明该算法可有效检测机动,实现了对非合作目标机动目标的轨道确定,具有一定的工程实用性。 展开更多
关键词 状态信息和轨道信息 a-β动力学模型 改进当前统计模型
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多级火箭主动段实时自适应跟踪算法 预览 被引量:1
14
作者 黄普 孙守明 《弹箭与制导学报》 CSCD 北大核心 2016年第6期39-43,共5页
多级火箭主动段跟踪主要采用基于当前统计模型的解耦卡尔曼滤波方法,当前统计模型的机动参数不能自适应变化时,在级间分离段会出现滤波突跳问题。针对于此,文中提出模型参数自适应计算方法,同时,采用容积卡尔曼滤波方法替换传统的解耦... 多级火箭主动段跟踪主要采用基于当前统计模型的解耦卡尔曼滤波方法,当前统计模型的机动参数不能自适应变化时,在级间分离段会出现滤波突跳问题。针对于此,文中提出模型参数自适应计算方法,同时,采用容积卡尔曼滤波方法替换传统的解耦卡尔曼滤波方法。通过对某次火箭飞行实测数据分析,该算法能有效抑制滤波突跳问题,算法的稳定性及收敛性与传统方案相比有较为明显的改善,适用于多级火箭主动段跟踪。 展开更多
关键词 多级火箭 主动段 当前统计 容积卡尔曼滤波
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第六届全国空间轨道设计竞赛(题目甲)总结 预览 被引量:1
15
作者 路毅 车征 +4 位作者 黄普 军锋 黄岸毅 济生 《力学与实践》 北大核心 2015年第2期276-281,共6页
对第六届全国空间轨道设计竞赛(题目甲)的题目和各个团队的解题情况进行了总结.包括竞赛题目任务概述、题目总结与竞赛结果、冠亚军团队的解法简介,以及从本次竞赛解题中得到的启示.
关键词 轨道设计 竞赛
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第六届全国空间轨道设计竞赛(题目乙)总结 预览 被引量:1
16
作者 军锋 车征 +4 位作者 路毅 黄普 黄岸毅 济生 《力学与实践》 北大核心 2015年第2期282-286,共5页
对第六届全国空间轨道设计竞赛(题目乙)的题目和各个团队的解题情况进行了总结.包括竞赛题目任务概述、题目总结与竞赛结果、各团队的解法简介,以及从本次竞赛解题中得到的启示.
关键词 轨道设计 竞赛 引力辅助
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基于颜色和SURF特征的混合匹配算法研究 预览
17
作者 邓计才 王招娣 《电子设计工程》 2015年第18期77-79,82共4页
针对传统的SURF算法未使用图像的颜色信息,提出了一种基于颜色信息和SURF特征相结合的混合图像匹配算法,算法通过提取目标图像的颜色信息,从源图像中定位出一个区域,该区域就是目标图像在源图像中的模糊位置,然后以该区域作为感兴趣区域... 针对传统的SURF算法未使用图像的颜色信息,提出了一种基于颜色信息和SURF特征相结合的混合图像匹配算法,算法通过提取目标图像的颜色信息,从源图像中定位出一个区域,该区域就是目标图像在源图像中的模糊位置,然后以该区域作为感兴趣区域,使用SURF匹配算法实现图像的精确匹配。算法通过颜色信息对待匹配目标预先进行粗定位,减少了图像匹配过程中提取源图像SURF特征的数量,从而减少了匹配时间。仿真实验结果表明,匹配效率明显提高,实时性较好。 展开更多
关键词 颜色 SURF特征 匹配区域 图像匹配
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有限推力多小行星探测轨迹优化 预览 被引量:1
18
作者 黄岸毅 车征 +3 位作者 黄普 军锋 路毅 《力学与实践》 北大核心 2015年第1期49-55,共7页
针对任务时长与燃料存在限制的多颗小行星之间顺序探测轨迹优化问题,利用极小值原理,建立了整个探测区间的最优控制问题并使用同伦算法进行求解.其中将目标飞越、交会等约束作为内点约束,特别地对交会后停留一定时间的约束进行了转换处... 针对任务时长与燃料存在限制的多颗小行星之间顺序探测轨迹优化问题,利用极小值原理,建立了整个探测区间的最优控制问题并使用同伦算法进行求解.其中将目标飞越、交会等约束作为内点约束,特别地对交会后停留一定时间的约束进行了转换处理,使其成为与交会约束类似的形式;并给出了考虑起始时间可滑动的情形的最优条件.结果表明,该算法可快速得到整体最优的探测轨迹,可应用于小行星多目标探测的任务设计与轨迹规划中. 展开更多
关键词 内点约束 同伦优化算法 极小值原理 小行星序列优化 有限推力
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同波束干涉测量在月面相对定位中的应用 预览 被引量:1
19
作者 黄岸毅 谢鑫 +1 位作者 张智斌 《测绘学报》 EI CSCD 北大核心 2015年第9期973-979,共7页
基于同波束干涉测量原理和观测模型,针对月面目标特性,推导了给定着陆器先验位置的差分时延、差分时延率观测方程。引入指定高程约束、月球数字地形模型等约束方程,提出巡视器相对位置确定的卡尔曼滤波算法。通过仿真数据进行了验证和评... 基于同波束干涉测量原理和观测模型,针对月面目标特性,推导了给定着陆器先验位置的差分时延、差分时延率观测方程。引入指定高程约束、月球数字地形模型等约束方程,提出巡视器相对位置确定的卡尔曼滤波算法。通过仿真数据进行了验证和评估,表明该算法可快速、较高精度地确定月面巡视器相对着陆器的位置。 展开更多
关键词 同波束干涉测量 月面相对定位 有约束的卡尔曼滤波 月球地形模型
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多源观测数据融合星箭分离初轨计算 预览 被引量:2
20
作者 淡鹏 张定波 《载人航天》 CSCD 2015年第4期398-403,共6页
星箭分离轨道计算是航天器发射过程的重要内容,但由于其可用数据弧段短、观测数据预处理精度受限、实时性要求高、无真实参考轨道等特点,其计算结果与事后精密定轨有较大差异,定轨精度受限,而星箭分离前后常常有多种类型的观测数据... 星箭分离轨道计算是航天器发射过程的重要内容,但由于其可用数据弧段短、观测数据预处理精度受限、实时性要求高、无真实参考轨道等特点,其计算结果与事后精密定轨有较大差异,定轨精度受限,而星箭分离前后常常有多种类型的观测数据,将其联合使用对提高星箭分离定轨精度和可靠性有一定作用。从此思路出发,基于航天器摄动运动状态转移方程,建立了雷达外测数据、GPS及秒节点数据等不同类型观测数据的最小二乘短弧定轨方程,并使用转换测量、直接合成、联邦计算等不同方法对这几类数据进行了融合计算,给出了动态权重赋值和野值判断的方法。仿真及实测数据计算结果表明所给方法是可行的,并对各方法的优劣性进行了对比。研究结果对航天器轨道及定位计算有一定的工程参考价值。 展开更多
关键词 星箭分离 最小二乘 数据融合
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