（航空宇航科学与技术专业论文）空间最优交会路径规划策略研究.pdf

国防科学技术大学研究生院博士学位论文 摘要 交会对接是进行空间组装、空间救援、深空探测等的必要技术，是我国载人航天第 二步战略的关键技术。交会路径规划是交会对接技术中关键问题之一。论文以解决工程 实际中的关键问题为目的，同时立足于拓展新的理论和方法，系统地研究了摄动和路径 约束最优交会路径规划问题、多目标最优交会路径规划问题以及考虑偏差的鲁棒最优交 会路径规划和实时交会路径规划问题。全文主要研究成果如下： 发展了摄动和路径约束的最优交会路径规划策略。1 ) 结合遗传算法的全局搜索能力 和序列二次规划算法的快速收敛能力以及简化解析轨道计算和高精度轨道数值计算的优 点，提出了一类求解考虑摄动和路径约束最优交会问题的两步串行混合优化策略；2 ) 提 出了结合主矢量理论、l a m b e r t 交会算法和进化算法用于确定最优脉冲数目的交互式规 划策略；3 ) 建立了调相交会特殊点变轨的整数和连续变量混合变量优化模型，提出了结 合整数编码遗传算法和牛顿迭代法的混合求解策略，给出了不可行解剔除、记忆数据库 以及迭代初始点更新三种用于提高算法鲁棒性和效率的措施；4 ) 给出了一个新的多圈 l a m b e r t 交会迭代算法，建立了基于多圈l a m b e r t 交会算法的调相交会综合变轨规划模 型，提出了基于并行模拟退火单纯形算法的全局优化策略。基于解析问题和实际应用问 题对所提出规划策略的全局收敛能力、效率和鲁棒性进行了充分的测试和验证。 研究提出了多目标最优交会路径规划的理论、模型和算法。1 ) 定义了交会轨道被动 安全的一个评价指标，并给出了一类半解析分析算法；2 ) 分别基于线性c w 交会方程 和非线性二体交会方程，建立了综合考虑燃料消耗、交会时间和交会轨道被动安全指标 等三个指标的多目标最优交会路径规划模型，采用一类多目标遗传算法n s g a i i 获得 p a r e t o 最优解集，优化结果可以快捷有效地揭示交会轨道整体性能指标之间的关系；3 ) 提出了基于物理规划算法、l a m b e r t 交会算法和模拟退火算法的非线性摄动多目标最优 交会问题的求解策略，获得了能应用于实际飞行任务并满足设计者偏好指标的满意解。 研究提出了考虑偏差鲁棒最优交会路径规划的理论、模型和算法。1 ) 定义了偏差最 优交会的鲁棒评价指标，提出了一类用于非线性交会偏差分析的协方差分析方法；2 ) 分 别基于线性c w 交会方程和非线性二体交会方程，建立了综合考虑燃料消耗和鲁棒指标 的鲁棒最优交会两目标规划模型，采用n s g a i i 获得了p a r e t o 解集，通过与燃料最优解 和鲁棒指标最优解的对比验证了解的p a r e t o 最优性；3 ) 将鲁棒指标引入到多目标交会路 径规划中，优化结果可以快速地获得考虑偏差交会轨道整体性能指标之间的关系。 研究给出了非线性交会实时路径规划算法。1 ) 给出了基于l a m b e r t 算法的考虑轨道 摄动的自主交会轨道制导算法；2 ) 发展了调相交会的轨道机动实时规划算法，包括特殊 点变轨实时规划算法和基于近圆偏差方程的综合变轨实时规划算法；3 ) 研制了集成论文 第i 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 研究成果并面向工程应用的交会路径规划软件。 论文研究拓展了现有最优交会路径规划的研究范畴，发展了多目标最优交会路径规 划和考虑偏差的鲁棒最优交会路径规划的理论、模型和算法，具有一定的理论意义，同 时为交会轨道的综合性能指标设计提供了新的手段；论文所提出的复杂交会路径规划方 法、实时路径规划算法以及所研制的交会路径规划软件解决了实际工程应用的难点问题， 在我国载人航天二期工程和其他空间应用工程中具有较高的实践价值。 主题词：航天器；交会对接；交会路径规划；进化算法；多目标最优交会；协方差 分析；鲁棒最优交会；实时规划；规划软件 第i i 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 a bs t r a c t r e n d e z v o u sa n dd o c k i n gt e c h n o l o g yi se s s e n t i a li n s p a c e - a s s e m b l y ，s p a c e - s u c c o r , o u t e r s p a c e - e x p l o r a t i o ne t c ，a n di sak e yt e c h n o l o g yf o rt h es e c o n ds t e po fc h i n am a n n e ds p a c e f l i g h tp r o j e c t r e n d e z v o u st r a j e c t o r yp l a n n i n gi sac r i t i c a lp r o b l e mi nr e n d e z v o u sa n dd o c k i n gt e c h n o l o g y f o rt h e p u r p o s eo fs o l v i n gt h ec r i t i c a le n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o np r o b l e m sa n df u r t h e rd e v e l o p i n gt h en e wt h e o r y a n dm e t h o d s ，t h i sd i s s e r t a t i o ns t u d i e st h eo p t i m a lr e n d e z v o u st r a j e c t o r yw i t hp e r t u r b a t i o n sa n dp a t h c o n s t r a i n t sp l a n n i n gp r o b l e m ，t h em u l t i o b j e c t i v er e n d e z v o u st r a j e c t o r yp l a n n i n gp r o b l e m ，t h er o b u s t o p t i m a lr e n d e z v o u st r a j e c t o r yp l a n n i n gp r o b l e ma n dt h er e a l t i m et r a j e c t o r yp l a n n i n gp r o b l e mw i t h c o n s i d e d n gu n c e r t a i n t i e s t h em a i nr e s u l t sa c h i e v e di nt h i sd i s s e r t a t i o na r es u m m a r i z e da sf o l l o w s t h eo p t i m a lp l a n n i n ga p p r o a c h e sf o rr e n d e z v o u st r a j e c t o r yw i t ht r a j e c t o r yp e r t u r b a t i o n s a n dp a t hc o n s t r a i n t sa r ed e v e l o p e d 1 ) ah y b r i da p p r o a c hc o m b i n i n gt h eg l o b a ls e a r c ha b i l i t yo f g e n e t i ca l g o r i t h ma n dt h eh i g hc o n v e r g e n c er a t e o fs q p ，t o g e t h e rw i t ht h es i m p l i f i e da n a l y t i c a l p r o p a g a t o ra n dt h eh i g h - f i d e l i t ym a t h e m a t i c a lp r o p a g a t o ri sp r o p o s e dt o s o l v et h ep e r t u r b e da n d p a t h - c o n s t r a i n e dm u l t i - i m p u l s ef u e l o p t i m a lr e n d e z v o u sp r o b l e m 2 ) a ni n t e r a c t i v eo p t i m i z a t i o n a p p r o a c hu s i n gt h ee v o l u t i o n a r ya l g o r i t h m ，t h el a m b e r tr e n d e z v o u sa l g o r i t h ma n dt h ep r i m e rv e c t o r t h e o r yi sp r o p o s e dt oo p t i m i z ear e n d e z v o u st r a j e c t o r yw i t ht h eo p t i m a ln u m b e ro fi m p u l s e s 3 1t h e d e s i g no far e n d e z v o u sp h a s i n gs t r a t e g yw i t hs p e c i a l - p o i n tm a n e u v e r si sf o r m u l a t e da sam i x e di n t e g e r a n dc o n t i n u o u sn o n l i n e a rp r o g r a m m i n gp r o b l e m ah y b r i da p p r o a c hc o m b i n i n ga ni n t e g e r - c o d e d g e n e t i ca l g o r i t h mw i t hn e w t o n sm e t h o di sp r o p o s e df o rs o l v i n gt h i sp r o b l e m t h r e ei m p r o v e m e n t s i n c l u d i n gt h ei n f e a s i b l es o l u t i o nr e t u r n ，t h em e m o r yd a t a b a s ea n dr e n e w i n gt h ei n i t i a lg u e s sa r e i m p o s e do nt h eh y b r i da p p r o a c ht om a k ei tm o r ee f f i c i e n ta n dr o b u s t 4 ) an e wm u l t i p l e r e v o l u t i o n l a m b e r ta l g o r i t h mi sp r o p o s e d ，a n da no p t i m i z a t i o nm o d e li sf o r m u l a t e df o rt h ed e s i g no far e n d e z v o u s p h a s i n gs t r a t e g yw i t hc o m b i n e dm a n e u v e r s ，a n dag l o b a lo p t i m i z a t i o na p p r o a c hb a s e do nap a r a l l e l s i m u l a t e da n n e a l i n gu s i n gs i m p l e xm e t h o di sp r o p o s e d t h eg l o b a lc o n v e r g e n c ea b i l i t y ，h i g he f f i c i e n c e a n dr o b u s t n e s so ft h e s ef o u rp r o p o s e do p t i m i z a t i o na p p r o a c h e sa r et e s t i f i e db ys o l v i n gt h ea n a l y t i c a l p r o b l e m sa n dt h ep r a c t i c a lp r o b l e m s t h eo p t i m a lm u l t i p l e - o b j e c t i v er e n d e z o u st r a j e c t o r yp l a n n i n gt h e o r y , m e t h o d sa n d a p p r o a c h e sa r es t u d i e da n dp r o p o s e d 1 1ap e r f o r m a n c ei n d e xr e l a t e dt or e n d e z v o u st r a j e c t o r y p a s s i v es a f e t yi sd e f i n e da n das e m i t h e o r e t i c a lm o d e lf o rc a l c u l a t i n gt h i ss a f e t yp e r f o r m a n c ei n d e xi s p r o v i d e d 2 1b a s e do nt h ec l o h e s s y - w i l t s h i ml i n e a r i z e dr e n d e z o u v se q u a t i o n sa n dt w o - b o d yl a m b e r t r e n d e z v o u se q u a t i o n s ，t h et h r e e o b j e c t i v eo p t i m i z a t i o nm o d e l si n c l u d i n gt h em i n i m u mc h a r a c t e r i s t i c v e l o c i t y ，t h em i n i m u mt i m eo ff l i g h ta n dt h em a x i m u ms a f e t yp e r f o r m a n c ei n d e xa r er e s p e c t i v e l y f o r m u a l t e d ，t h en o n d o m i n a t e ds o r t i n gg e n e t i ca l g o r i t h m ( n s g a - i i ) i se m p l o y e dt oo b t a i nt h ep a r e t o s o l u t i o ns e t t h eo p t i m i z a i t o nr e s u l t sc a l lq u i c k l yd e m o n s t r a t et h et r a d e o f f sb e t w e e nt h ew h o l e 第i i i 页 国防科学技术大学研究生院博十学位论文 p e r f o r m a c ei n d e x e so far e n d e z v o u st r a j e c t o r y 3 ) t h eo p t i m i z a t i o na p p r o a c hu s i n gt h ep h y s i c a l p r o g r a m m i n g ，t h el a m b e r tr e n d e z v o u sa l g o r i t h ma n dt h es i m u l a t e da n n e a l i n gf o rt h em u l t i o b j e c t i v e o p t i m i z a t i o n d e s i g no fn o n l i n e a rp e r t u r b e dr e n d e z v o u si sp r o p o s e d ，t h ed e s i g n e rp r e f e r r e ds o l u t i o n w h i c hc a nb ed i r e c t l ya p p l i e dt om i s s i o np l a ni so b t a i n e d t h er o b u s to p t i m a lr e n d e z o u st r a j e c t o r yw i t hu n c e r t a i n t i e sp l a n n i n gt h e o r y , m e t h o d sa n d a p p r o a c h e sa r es t u d i e da n dp r o p o s e d 1 ) o n er o b u s t n e s sp e r f o r m a n c ei n d e xo far e n d e z v o u s t r a j e c t o r yw i t hu n c e r t a i n t yi sd e f i n e d ，a n do n ec o v a r i a n c ea n a l y s i sm e t h o df o rn o n l i n e a rr e n d e z v o u s u n c e r t a i n t ya n a l y s i si sp r o p o s e d 2 ) b a s e do nt h ec l o h e s s y - w i l t s h i r el i n e a r i z e dr e n d e z o u v se q u a t i o n s a n dt h et w o - b o d yr e n d e z v o u se q u m i o n s ，at w o o b j e c t i v eo p t i m i z a t i o nm o d e li n c l u d i n gt h em i n i m u m c h a r a c t e r i s t i cv e l o c i t ya n dt h em i n i m u mr o b u s t n e s sp e r f o r m a n c ei n d e xa r ef o r m u a t e d ，t h en s g a i ii s e m p l o y e dt oo b t a i nt h ep a r e t os o l u t i o ns e t t h ep a r e t oo p t i m a l i t yo ft h eo b t a i n e ds o l u t i o n si st e s t i f i e d b yc o m p a r i n gw i t ht h ef u e l o p t i m a la n dr o b u s t n e s s o p t i m a ls o l u t i o n s 3 ) t h er o b u s t n e s sp e r f o r m a n c e i n d e xi si n t r o d u c e di n t ot h em u l t i o b j e c i t v er e n d e z v o u st r a j e c t o r yp l a n n i n g t h er e s u l t sc a nq u i c k l y d e m o n s t r a t et h et r a d e o f f sb e t w e e nt h ew h o l ep e r f o r m a n c ei n d e x e so far e n d e z v o u st r a j e c t o r yw i t h u n c e r t a i n t y t h er e a l t i m er e n d e z o u st r a j e c t o r yp l a n n i n ga p p r o a c h e sa r es t u d i e da n dp r o v i d e d 1 、t h e t r a j e c t o r yg u i d a n c ea l g o r i t h mw h i c hc o n s i d e r st r a j e c t o r yp e r t u r b a t i o n sf o ra u t o n o m o u sr e n d e z v o u si s p r o p o s e db a s e do nt h el a m b e r ta l g o r i t h m 2 ) t h er e a l - t i m ep l a n n i n ga p p r o a c hf o rp h a s i n gr e n d e z v o u s t r a j e c t o r ym a n e u v e r s ，i n c l u d i n gt h es p e c i a l - p o i n tm a n e u v e r sr e a l t i m ep l a n n i n ga p p r o a c ha n dt h e c o m b i n e dm a n e u v e r sr e a l t i m ep l a n n i n ga p p r o a c hu s i n gt h en e a rc i r c u l a rd e v i a t i o ne q u a t i o n s ，a r e d e v e l o p e d 3 、ar e n d e z v o u st r a j e c t o r yp l a n n i n gs o f t w a r ew h i c hi n t e g r a t e st h et h e o r e t i c a la c h i e v e m e n t s o ft h i sd i s s e r t a t i o ni sd e v e l o p e df o re n g i n e e r i n ga p p l i c a t i o n t h i sd i s s e r t a t i o ne x p a n d st h er e s e a r c hd o m a i no ft h ec u r r e n tr e n d e z v o u st r a j e c t o r yp l a n n i n gb y d e v e l o p i n gt h eo p t i m a lm u l t i p l e - o b j e c t i v ea n dr o b u s to p t i m a lr e n d e z o u st r a j e c t o r yp l a n n i n gt h e o r y ， m e t h o d sa n da p p r o a c h e s ，w h i c hh a v es o m et h e o r e t i c a ls i g n i f i c a n c ea n da l s op r o v i d en e wd e s i g nt o o l s f o rc o m p r e h e n s i v ep e r f o r m a c ei n d e xo p t i m i z a t i o nd e s i g no far e n d e z v o u st r a j e c t o r y t h ep r o p o s e d c o m p l e xr e n d e z v o u st r a j e c t o r yp l a n n i n ga p p r o a c h ，t h er e a l t i m er e n d e z v o u sp l a n n i n ga p p r o a c ha n dt h e d e v e l o p e dr e n d e z v o u st r a j e c t o r yp l a n n i n gs o f t w a r es o l v et h ec t r i t i c a le n g i n e e r i n gp r o b l e m s ，w h i c h h a v eh i g ha p p l i c a t i o nv a l u ei nc h i n am a n n e ds p a c e f l i g h tp r o j e c ta n do t h e rs p a c ea p p l i c a t i o np r o j e c t s k e yw o r d s ：s p a c e c r a f t ；r e n d e z v o u sa n dd o c k i n g ；r e n d e z v o u st r a j e c t o r yp l a n n i n g ； e v o l u t i o n a r ya l g o r i t h m ；o p t i m a lm u l t i o b j e e t i v er e n d e z v o u s ；c o v a r i a n c ea n a i y s i s ：r o b u s t o p t i m i z a t i o nd e s i g n ；r e a l - t i m ep l a n ；p l a n n i n gs o f t w a r e 第i v 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 表目录 表2 1不同算法对5 维约束问题的求解结果3 1 表2 2p s a s m 的5 次试验结果3 3 表2 3 减速器设计结果3 3 表3 1h o h m a n n 交会的结果对比4 l 表3 2l a m b e r t 交会的结果对比4 1 表3 3不同轨道模型对应的解。4 2 表3 4 三脉冲寻的交会优化统计结果4 3 表3 5是否考虑测控约束解的对比4 3 表3 - 6 二体解和摄动解速度增量对比4 7 表3 7 整数编码g a 参数5 3 表3 8 特殊点调相搜索区间和初始解5 4 表3 - 9 特殊点调相变轨所有解5 4 表3 1 0 轨道机动数据( 表3 - 9 中第一组解) 5 4 表3 1 1 特殊点变轨不同算法的结果对比5 5 表3 1 24 0 0 k m 同圆轨道交会问题的两个解5 9 表3 1 3 综合变轨变量的搜索区间6 0 表3 1 4 综合变轨和特殊点变轨四个工况对应的速度增量a v ( m s ) 6 0 表3 1 5 调相机动脉冲解( a i = o 2 。，a q = o 4 。) 6 0 表3 1 6 不同算法在求解二体解的结果统计( a i = o 2 。，q = o 4 。) 6 l 表3 1 7 不同调相方案的a v ( m s ) ( a i = o 2 。，q = o 4 ，二体解) 6 1 表4 1n s g a i i 算法参数6 7 表4 2 线性多目标交会问题配置6 7 表4 3 v b a rp a r e t o 最优解的个数统计。6 7 表4 4 四脉冲v b a r 交会的三个p a r e t o 最优解6 8 表4 5 v b a r 交会p a r e t o 最优解个数统计7 2 表4 - 6 三个p a r e t o 最优解( 三脉冲，+ v - b a r ，匕= o ，= 1 8 0 d e g ) 7 5 表4 7 三个p a r e t o 最优解( 四脉冲，_ v b a r ，匕= 0 ，r = 1 8 0 d e g ) 7 5 表4 8 设计指标的偏好结构8 3 表4 9 不同轨道模型对应的优化结果8 3 表4 1 0 各个算法最好二体解8 3 表4 1 1 不同算法二体解的统计结果8 4 第v 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 表5 1 线性p a r e t o 最优解的个数统计9 3 表5 2 线性三脉冲三个p a r e t o 最优解、燃料最优解和鲁棒指标最优解9 3 表5 3 线性协方差和m o n t ec a r l o 仿真得到6 x ，的方差对比9 4 表5 4 偏差线性多目标交会三脉冲的三个p a r e t o 最优解9 7 表5 5 三脉冲寻的交会终端偏差的解析解和数值解对比1 0 1 表5 - 6 三脉冲寻的交会终端偏差方差的解析解和m o n t ec a r l o 仿真解1 0 1 表5 7 四脉冲多圈非共面交会终端偏差的解析解和数值解对比1 0 2 表5 8 四脉冲多圈非共面交会终端偏差的方差的解析解和m o n t ec a r l o 仿真解1 0 3 表5 - 9 三脉冲二体p a r e t o 最优解、燃料最优解和鲁棒指标最优解1 0 5 表6 1终端控制和轨迹控制标称结果对比1 1 0 表6 2 速度增量和终端脱靶量的统计结果( 平均值和均方差) 1 1 0 表6 3调相特殊点轨道机动方案和变轨参数1 11 表6 4 速度增量偏差和终端脱靶量的统计结果( 平均值和均方差) 11 5 第v i 页 国防科学技术大学研究生院博士学位论文 图目录 图1 1交会对接的飞行阶段3 图2 1 轨道坐标系1 6 图2 2 双脉冲l a m b e r t 交会示意图2 0 图2 3并行模拟退火单纯形算法流程图2 9 图2 4s a 和p s a s m 对五维约束问题的收敛过程对比：3 2 图2 5s a 和p s a s m 对g o l i n s k i 减速器设计问题的收敛过程对比3 2 图3 1相位角的定义和调相初始和终端条件。3 8 图3 2 非线性摄动和路径约束脉冲最优交会的两步混合策略求解框架4 0 图3 3 速度增量随交会时间变化曲线4 2 图3 4 三脉冲寻的交会轨道曲线考虑和不考虑测控约束的对比4 3 图3 5 典型的主矢量大小形状4 5 图3 - 6 圆轨道交会主矢量大小变化趋势4 8 图3 7 相位角变化曲线5 5 图3 8 相对距离变化曲线5 5 图3 - 9 相对速度变化曲线5 5 图3 1o 追踪航天器逼近目标航天器曲线5 5 图3 11 基于多圈l a m b e r t 算法的调相交会综合变轨优化框架5 7 图3 1 2 追踪和目标航天器在同一圆轨道上交会问题5 8 图3 1 3 同圆轨道交会的主矢量大小变化历史( 时间以参考圆轨道周期度量) 5 9 图3 1 4 速度增量变化曲线( a i = 0 2 。) 。6 0 图3 1 5 速度增量变化曲线( a d ：0 4 。) 6 0 图4 1三脉冲+ v b a r 和- v b a rp a r e t o 最优前沿对比6 8 图4 - 2 + v b a r 四脉冲和三脉冲p a r e t o 最优前沿对比6 8 图4 3 v b a r 二脉冲和三脉冲p a r e t o 最优前沿对比6 9 图4 4 交会标称轨道曲线( 对应于表4 4 中第一个解) 6 9 图4 5 追踪航天器自由飞行轨道( 开始于4 9 5 8 s ) 7 0 图4 6 测量视场受限与相对位置轨迹之间的关系图7 1 图4 - 7 三脉冲+ v b a r 和v - b a rp a r e t o 最优前沿对比( 匕= o ，p = 1 8 0 d e g ) 。7 3 图4 - 8 四脉冲p a r e t o 最优前沿对比( 匕= 1 5 0 0 m ，矿= 1 8 0 d e g ) 7 3 图4 - 9 - v - b a r 三脉冲和四脉冲p a r e t o 最优前沿对比( 匕= 1 5 0 0 m ，= 1 8 0 d e g ) 7 4 图4 1 0 - v b a r 三脉冲考虑视场约束p a r e t o 最优前沿对比( 鼬o = 0 ) 7 4 第v i i 页 国防科学技术大学研究生院博+ 学位论文 图4 1 1 追踪航天器标称飞行轨道和失控后的自由飞行轨道7 5 图4 1 2 _ v b a r 交会轨道的主矢量大小随时间变化曲线7 6 图4 - 1 3p a r e t o 最优解和燃料最优解对比( - v - b a r ，匕= 0 ，= 1 8 0 d e g ) 7 7 图4 1 4 偏好函数示意图8 0 图4 1 5 模拟退火算法的收敛历史8 4 图4 1 6n s g a i i 和物理规划解f j i 沿对比8 4 图5 1线性二脉冲、三脉冲和四脉冲p a r e t o 最优前沿对比9 2 图5 2线性三脉冲p a r e t o 最优解、燃料最优解和鲁棒指标最优解的前沿对比9 2 图5 3线性三脉冲燃料最优解的主矢量大小变化历史9 4 图5 4 偏差线性多目标交会三脉冲p a r e t o 最优前沿9 5 图5 5偏差线性多目标交会三脉冲和四脉冲p a r e t o 最优前沿对比9 6 图5 - 6 偏差线性多目标交会三脉冲考虑导航偏差的p a r e t o 最优前沿对比9 6 图5 7 基于基准轨道的非线性交会偏差传递分析示意图9 8 图5 8 二体三脉冲p a r e t o 最优解、燃料最优解和鲁棒指标最优解的前沿对比。1 0 4 图5 - 9二体三脉冲和四脉冲p a r e t o 最优前沿对比1 0 4 图5 1 0 二体三脉冲燃料最优解对应的主矢量大小变化历史1 0 5 图5 1 1 偏差二体多目标交会p a r e t o 最优前沿1 0 6 图6 1调相段轨道控制地面模拟流程图1 1 4 图6 2 调相特殊点变轨规划的配置界面1 1 6 图6 3调相轨道机动偏差仿真的配置界面1 1 7 第v i i i 页 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是我本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究 成果尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表和撰写过的研究成果，也不包含为获得国防科学技术大学或其它教育机构的学位或证 书而使用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 学位论文题目： 学位论文作者签名： 日期：叼年月弓f 日 学位论文版权使用授权书 本人完全了解国防科学技术大学有关保留、使用学位论文的规定本人授权国防科 学技术大学可以保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子文档，允许论文 被查阅和借阅；可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用 影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文 ( 保密学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文题目： 一空闻量位塞全整堡拯划筮喳婴究一一 学位论文作者签名：兰翌氢一 日期：跏7 年8 月弓f 日 作者指导教师签名：! 塑熏3 垒日期：h 叼年g 月弓日 国防科学技术大学研究生院博七学位论文 第一章绪论弟一早三百了匕 本章首先介绍论文的研究背景，阐述了交会路径规划问题，总结了交会路径规划的 研究进展，然后论述了论文主要解决的问题，最后介绍了论文的内容安排。 1 1 1 交会对接基本概念 1 1 论文的研究背景 交会对接( r e n d e z v o u sa n dd o c k i n g ，r v d ) 技术是指两个航天器( 一个称为目标航 天器，另一个称为追踪航天器) 于同一时间在轨道同一位置以相同速度相会合并在结构 上连成一个整体的技术【l 一钉。空间交会对接包括两部分相互衔接的空间操作：空间交会和 空间对接。所谓交会是指目标航天器( 即被动航天器) ，不作任何机动( 或做少量机动) ， 在已知轨道上稳定飞行，而追踪航天器( 主动航天器) ，执行一系列的轨道机动，与目 标航天器在空间轨道上按预定位置和时间相会。交会的预定位置范围随着空间交会目的 不同有各种不同的规定，例如以目标航天器为中心的若干公里为半径的球形范围。所谓 对接是指在完成交会后，两个航天器在空间轨道上接近、接触、捕获和校正，最后紧固 连接成一个复合航天器的过程。 一般来讲，航天器要进行空间对接，必须先进行空间交会，但是进行空间交会的航 天器不一定要进行空间对接。 交会对接技术是进行高级空间操作的一项关键技术，可以用于 在轨组装大型航天器； 轨道平台或空间站补给； 空间站人员轮换； 航天器在轨维修； 在轨捕获航天器并返回； 深空探测时航天器重新组装。 1 1 2 我国载人航天工程发展概况 1 9 9 2 年中国开始实施航天工程，1 9 9 9 年1 1 月2 0 日，中国自主研制的第一艘载人 试验飞船神舟一号发射成功。2 0 0 1 年1 月1 0 日、2 0 0 2 年3 月2 5 日和2 0 0 2 年1 2 月3 0 日，神舟二号、神舟三号和神舟四号又分别顺利升空。2 0 0 3 年l o 月1 5 日我国首位航天 员杨利伟乘坐的神舟五号飞船发射升空，在轨运行2 1 小时后于1 6 日安全返回地面，实 现了我国载人航天历史性的突破。2 0 0 5 年1 0 月1 2 日，中国第二艘载人飞船神舟六号发 第l 页 国防科学技术大学研究生院博十学位论文 射升空，航天员费俊龙和聂海胜完成了在太空1 1 5 个小时的飞行后于1 0 月1 7 日胜利返 回地面，表明我国载人航天技术日趋完善。 把人送到太空，仅仅是我国载人航天活动的开始。我国的载人航天工程将分