[发明专利]一种基于轨道预报的运载火箭入轨轨迹规划方法

说明书

本发明提供一种基于轨道预报的运载火箭入轨轨迹规划方法，其具体步骤如下：一、基于轨道预报建立运载货架入轨飞行问题模型；二、建立运载火箭入轨凸优化子问题；三、给定初始猜想、迭代求解运载火箭入轨凸优化子问题。通过以上步骤，本发明可以实现运载火箭入轨轨迹规划，该方法可在线应用，达到了较好的稳定性和普适性，该方法科学，工艺性好，具有广阔推广应用价值。

技术领域

本发明提供一种基于轨道预报的运载火箭入轨轨迹规划方法，它是一种运载火箭在真空中需要经过推滑推入轨的轨迹规划方法，属于航空航天；制导、导航与控制技术；轨迹规划领域。

背景技术

近年来，人类对空间资源获取的需求越来越多，使得运载火箭发射任务日益增多；运载火箭在空间中飞行时，可能面临诸多不确定性，需要其具备轨迹规划能力以保证正常入轨进入预定轨道，或在故障情况下入轨进入降级轨道；

在实际飞行中，运载火箭通常经过推滑推进入预定轨道；针对这种推滑推入轨的形式，现今的方法主要集中在离线求解最优的推滑推序列，在线根据实时状态对单一的全推序列进行规划；这种方法需要大量的离线任务设计工作，并且在飞行时难以应对较大的偏差与故障情况；因此，研究能够适应推滑推的运载火箭入轨轨迹规划方法成为航空航天领域研究的重点和难点问题；

综上所述，本发明为解决现有运载火箭入轨轨迹规划难题，以基于轨道预报，对滑行段飞行进行数学描述，并设计针对推滑推飞行的轨迹规划方法，该方法广泛适用于推滑推入轨任务，具有一定独创性。

发明内容

(一)本发明的目的

本发明提出一种基于轨道预报的运载火箭入轨轨迹规划方法，针对真空环境中的入轨飞行任务，推滑推的入轨飞行方式导致滑行段飞行难以优化，因此基于轨道预报描述运载火箭的滑行段飞行，研究轨迹规划方法，以解决现有技术存在的通用性差、难以在线等问题。

(二)技术方案

本发明一种基于轨道预报的运载火箭入轨轨迹规划方法，其具体步骤如下：

步骤一、基于轨道预报建立运载货架入轨飞行问题模型；

根据任务需求，确定运载火箭入轨飞行的推滑推飞行模式，采用轨道预报公式对滑行段飞行进行描述，建立运载火箭入轨最优控制问题模型；

步骤二、建立运载火箭入轨凸优化子问题；

根据步骤一建立的运载火箭入轨最优控制问题模型，通过线性化方法将其转化为运载火箭入轨凸优化子问题；

步骤三、给定初始猜想、迭代求解运载火箭入轨凸优化子问题；

其中，在步骤一中所述的“推滑推飞行模式”，是运载火箭入轨飞行过程中两次全推段的飞行时间与滑行段飞行时间；

其中，在步骤一中所述的“轨道预报公式”，为：

式中r₀与v₀分别为滑行段起始时刻的位置、速度，r_c与v_c分别为滑行段起始时刻的位置、速度，μ为地球引力常数，β为归一化滑行段飞行时间；

其中，在步骤一中所述的“运载火箭入轨最优控制问题模型”，为：

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