低升阻比航天器跳跃式再入轨迹优化方法研究

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目前我国航天再入返回任务中，仍然采用的是低升阻比返回器。而再入任务中制导律的设计显得尤为关键，制导方法设计不当极有可能对飞行员的生命造成严重威胁。因此为了保证载人航天返回任务中飞行员的人身安全，确保飞行器安全返回预定着陆点，就要对再入返回制导过程施加有效的控制策略和优化方法，使飞行器各项再入指标在安全范围之内。
　　本文主要在飞行器再入的制导控制算法和过载约束优化两个方面展开研究。主要工作包括以下几个方面：
　　1）建立再入仿真实验平台。根据低升阻比飞行器再入动力学模型，建立再入返回仿真实验平台；配置各项误差扰动参数，根据不同要求分别按照高斯分布和均匀分布生成误差数据集；依照不同再入任务需求，设定经度和纬度方向上的多个不同的航程，模拟飞行器实际的再入飞行环境。
　　2）提出混合制导方法。论文研究了标准轨道跟踪制导方法和预测校正制导方法。标准轨道跟踪制导方法虽然逻辑简单，但对飞行器再入初值较为敏感；预测校正再入制导方法实时性强，但对计算性能提出了较高的要求。本文在综合考虑再入过载和着陆精度要求的基础上，将预测校正再入制导方法和标准轨道跟踪方法相结合，提出混合制导策略。能够在保证着陆精度的前提下，有效降低飞行器对舰载计算机性能要求，便于工程的实际应用。
　　3）提出基于二次再入倾侧角规划的卸载策略，并验证其可行性。针对飞行器返回任务中过载的特点进行分析，提出再入返回卸载策略。在返回再入过程中，由于二次再入倾侧角在整个过程中起着承上启下的过渡作用，因此直接对整个过程中的两次过载峰值的分配起着决定作用。对二次再入倾侧角的优化能够有效控制再入过程中的过载峰值。多个航程的仿真实验表明，该卸载策略对过载峰值的改善显著。
　　4）改进粒子群算法，对过载和落点误差进行优化。将粒子群算法应用于过载控制和轨迹优化，通过粒子群算法自动规划出最优倾侧角逻辑。并在搜索算法中加入对落点误差的约束，从而实现过载和落点误差等的多个约束参量的优化。最后，通过蒙特卡罗仿真对整个系统进行统计实验，证明本文制导方法能够达到满意的精度，同时所提出的优化策略能够有效降低再入返回过程中的过载，具有一定的鲁棒性。

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作者
杨强;
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作者单位

西安电子科技大学;

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授予单位西安电子科技大学;
学科控制科学与工程
授予学位硕士
导师姓名吴宪祥;
年度 2017
页码
总页数
原文格式 PDF
正文语种中文
中图分类航天器制导与控制;
关键词
低升阻比飞行器; 再入轨迹; 制导控制; 过载约束; 自动规划;

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