多对多卫星拦截的任务规划与轨道优化.pdf

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1、硕士学位论文多对多卫星拦截的任务规划与轨道优化MISSIONPLANNINGANDORBITOPTIMIZATIONOFMULTI-SATELLITEINTERCEPTION刘胜男哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：V448.2学校代码：10213国际图书分类号：629.78密级：公开工学硕士学位论文多对多卫星拦截的任务规划与轨道优化硕士研究生：刘胜男导师：孙兆伟教授申请学位：工学硕士学科：航空宇航科学与技术所在单位：卫星技术研究所答辩日期：2018年6月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V

2、448.2U.D.C:629.78DissertationfortheMasterDegreeinEngineeringMISSIONPLANNINGANDORBITOPTIMIZATIONOFMULTI-SATELLITEINTERCEPTIONCandidate：LIUShengnanSupervisor：Prof.SUNZhaoweiAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：AerospaceScienceandTechnologyAffiliatio

3、n：ResearchCenterofSatelliteTech.DateofDefense：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要随着航天科技的发展，人们加快了对太空的探索，作战区域也由原来的陆海空延伸到了外太空，对空间资源的争夺使得关于卫星拦截的研究越来越重要。本文针对空间态势的发展趋势，对存在拦截器情况下的多颗追击器对多颗目标航天器的拦截进行了研究，主要包括拦截过程中的任务规划与轨道优化问题，主

4、要工作如下：针对远程脉冲拦截轨道设计，首先建立了不含摄动项的动力学方程，采用普适变量法对Lambert问题进行求解，对于任意圆锥曲线轨道均成立。然后对于含干扰动力学脉冲拦截轨道设计，在二体模型的基础上，动力学方程中增加了J2项摄动等干扰项，采用微分修正的方法，根据拦截终端约束，通过状态关系矩阵，迭代得到初始时刻速度脉冲增量所需的修正量。该方法在考虑轨道摄动的情况下可以达到较高的拦截精度。针对远程连续推力拦截轨道设计，考虑目标具有机动能力，建立了状态变量描述的含J2项摄动的两航天器的轨道运动方程。基于微分对策理论，根据边界约束

5、条件及含时间和燃料消耗的性能指标函数推导得到双边最优时对应的鞍点解需要满足的条件，将追逃双方都机动时的卫星拦截问题转化为两点边值问题。采用遗传算法和序列二次规划算法混合优化求解得到追逃过程中两航天器的最优控制策略。该方法可以解决机动目标的拦截问题。针对多颗追击器对多颗目标的拦截，同时考虑对拦截器进行规避过程中的任务规划，建立了天基拦截系统任务规划的数学模型，按照最省燃料的原则对单/多脉冲变轨拦截路径进行了优化，对变轨特征速率、待机威胁度、准备时间、攻击威胁度等多个因素进行了模糊综合评估，基于Borda数法排序得到最佳变轨进攻

6、方案。结合进攻收益、进攻成本、燃料消耗、目标覆盖度、毁伤度等建立了综合效能函数，基于Nash均衡理论对追击器进行了攻击目标和拦截路径分配。该方法可以在保证整体效能最优的情况下解决复杂态势下的目标分配与拦截问题，并且能够应对战损等突发状况。针对中近程拦截轨迹优化，建立了追击器与目标、追击器与拦截器的相对运动学方程及微分对策模型，将复杂的多边最优规划问题转化为对追逃反拦截过程中纳什均衡点的搜索。基于协同进化算法对空间追逃过程中的适应度函数、精英保留机制、追逃策略以及选择、交叉、变异及合作算子进行了设计，得到三方最优对抗策略。该方

7、法可以解决两/三方对抗拦截问题。关键词：多卫星拦截；微分对策；Nash均衡；任务规划；协同进化；轨道优化-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractWiththedevelopmentofaerospacescienceandtechnology,peoplehaveacceleratedtheexplorationofspace.Thecombatareahasalsoextendedfromtheoriginalland,seaandairtoouterspace.Competitionforspaceresou

8、rceshasmadetheresearchonsatelliteinterceptionmoreandmoreimportant.Inthispaper,accordingtothedevelopmenttrendofthespacesituation,theinterceptionof