内容简介

面向空间机动任务的决策推演理论是通过地面仿真系统完成对空间机动任务的规划、仿真与评估。本书从实际工程需求出发，选取五类代表性的空间机动任务，分别是接近伴飞任务、抵近成像任务、机动避障任务、巡航普查任务和在轨维护任务。根据空间尺度将机动任务实现策略分为远距离抵近策略、近距离伴飞策略和碰撞规避策略三类，对每一类策略结合实际空间情况给出多种场景下的仿真算例，进行效能评估。本书在理论和实践方面相互结合，章节设计层层递进，结构清晰且论述详实，具备新颖性、丰富性和工程性，可作为航天相关专业学生和工程技术人员的参考书。

编辑推荐

本书针对空间机动任务核心需求进行研究，采用多种智能算法，符合当今智能化的航天发展要求。

作者简介

陈占胜，长期从事卫星总体设计工作，作为技术负责人先后主导了十余型卫星的研制与成功发射；曲耀斌，长期从事卫星总体设计工作，先后参与完成十余型卫星研制与成功发射；邓武东，长期从事卫星总体、姿轨控、相对导航制导设计工作，先后参加多颗型号及课题研究工作；郭延宁，长期从事卫星控制系统设计相关科研与教学工作，目前主要从事卫星在轨服务与卫星系统任务规划科研工作。

前言

航天活动是人类对宇宙的探索，也是人类对空间资源的开发与应用。随着科学的进步，对航天技术的研究不断加深，各类空间任务也越发频繁与复杂，但不同的空间任务也存在许多相同的技术需求，空间任务里的轨道机动部分就是其中十分重要的一点。航天器能否准确地完成轨道机动意味着能否准确进入目标轨道，赶上任务时间窗口，完成对目标的抵近、绕飞与伴飞等，这些因素决定了探测、遥感、通信和交会对接等多种航天任务的实现，因此十分重要。同时，高昂的空间任务成本与复杂的空间环境决定了构建地面决策推演仿真系统应对空间机动任务的必要性。在以上发展的需求下，陈占胜研究员及其团队经过多年研究积累，总结空间任务工程经验，针对空间机动任务形成决策推演理论，完成了本书的撰写。 面向空间机动任务的决策推演理论是通过地面仿真系统完成对空间机动任务的规划、仿真与评估。具体来说，首先分析不同空间机动任务特点，明确不同机动任务的需求和约束条件，建立对应数学模型，进而采用合适的算法优化出轨道机动策略，进行仿真推演，以效能评估作为判据进行策略的最终决策。 通过构建决策推演系统，可以更好地模拟空间机动任务的背景环境，优化轨道设计，从而提升空间机动任务的成功率和效率。本书从实际工程需求出发，选取五类具有代表性的空间机动任务，分别是接近伴飞任务、抵近成像任务、机动避障任务、巡航普查任务和在轨维护任务。根据空间尺度将机动任务实现策略分为远距离抵近策略、近距离伴飞策略和碰撞规避策略三类，对每一类策略结合实际空间情况给出多种场景下的仿真算例，进行效能评估。并且针对空间中存在多个任务目标的情况进一步展开研究，利用任务规划方法设计机动次序和机动轨迹。 本书选题切中要害，针对空间机动任务核心需求进行研究，采用多种智能算法，符合当今智能化的航天发展要求。纵观全书内容，在理论和实践方面相互结合，章节设计层层递进，结构清晰且论述详实，内容丰富且贴近工程实际，既有明确的科学理论内容，又有大量特定空间机动任务情况的仿真实验。和同类出版物相比，本书具备新颖性、丰富性和工程性，可作为航天相关专业学生和工程技术人员的参考书。

目录

目录 第1章绪论1 1.1概述1 1.2国内外典型空间机动任务现状2 1.2.1国外典型空间机动任务2 1.2.2国内典型空间机动任务3 1.3决策推演理论相关综述4 1.3.1决策推演系统国内外发展现状4 1.3.2轨道机动策略优化算法研究现状5 1.3.3决策推演中的多目标任务规划研究现状6 1.3.4决策推演中的数字仿真基础7 1.4本书的主要内容和安排9第2章决策推演基础理论11 2.1坐标系建立11 2.2轨道动力学基础13 2.2.1时间系统建模13 2.2.2二体问题14 2.2.3航天器轨道动力学建模21 2.2.4航天器相对运动动力学方程23 2.3常用轨道脉冲机动策略27 2.3.1霍曼转移27 2.3.2双椭圆转移29 2.3.3兰伯特转移30 2.4任务规划常用优化算法32 2.4.1遗传算法32 2.4.2差分进化算法33 2.4.3NSGAⅡ算法34 2.4.4MOEA/D算法35 2.5小结36第3章空间机动任务分析与建模37 3.1机动接近伴飞任务模型38 3.1.1接近伴飞任务简介38 3.1.2接近伴飞任务数学模型39 3.1.3约束条件40 3.2机动抵近成像任务模型42 3.2.1抵近成像任务简介42 3.2.2抵近成像任务数学模型42 3.2.3约束条件43 3.3机动避障任务模型44 3.3.1机动避障任务简介44 3.3.2机动避障任务数学模型45 3.3.3约束条件45 3.4机动巡航普查任务模型46 3.4.1巡航普查任务简介46 3.4.2巡航普查任务数学模型47 3.4.3约束条件47 3.5机动在轨维护任务模型48 3.5.1在轨维护任务简介48 3.5.2在轨维护任务数学模型49 3.5.3约束条件50 3.6面向空间任务的机动策略决策50 3.6.1接近伴飞任务52 3.6.2抵近成像任务52 3.6.3机动避障任务53 3.6.4巡航普查任务53 3.6.5在轨维护任务53 3.7小结54第4章面向空间机动任务的航天器仿真决策55 4.1远距离抵近机动策略55 4.1.1考虑光照约束的共面目标抵近决策及算例仿真55 4.1.2考虑交会窗口的异面目标抵近决策及算例仿真62 4.1.3远程大范围转移机动决策及算例仿真67 4.1.4多脉冲多构型抵近机动决策及算例仿真73 4.2近距离伴飞机动策略78 4.2.1伴飞距离调整的快速转移决策及算例仿真79 4.2.2伴飞相位调整的镜像调相决策及算例仿真84 4.2.3自主绕飞决策及算例仿真87 4.2.4基于多目标优化的水滴悬停构型设计决策及算例仿真92 4.2.5多点快速兰伯特转移决策及算例仿真99 4.2.6交会对接过程Vbar接近策略107 4.3碰撞预警及规避策略110 4.3.1碰撞预警技术方案及算例仿真111 4.3.2防撞避让轨道技术方案118 4.4小结121第5章任务综合效能评估方法122 5.1效能评估方法122 5.1.1效能评估概述122 5.1.2评估指标体系建立122 5.1.3效能评估方法的种类124 5.2机动接近伴飞任务效能评估127 5.2.1任务概述127 5.2.2指标构建127 5.2.3效能评估描述129 5.3机动抵近成像任务效能评估129 5.3.1任务概述129 5.3.2指标构建129 5.3.3效能评估描述131 5.4机动避障任务效能评估131 5.4.1任务概述131 5.4.2指标构建132 5.4.3效能评估描述133 5.5机动巡航普查任务效能评估133 5.5.1任务概述133 5.5.2指标构建133 5.5.3效能评估描述134 5.6机动在轨维护任务效能评估134 5.6.1任务概述134 5.6.2指标构建134 5.6.3效能评估描述136 5.7小结136第6章面向空间多目标的轨道机动任务规划 137 6.1基于改进遗传算法的巡航普查任务规划137 6.1.1任务时限约束下的巡航普查机动任务模型建立138 6.1.2基于传统遗传算法的任务规划及算例仿真139 6.1.3基于贪婪策略的遗传算法的任务规划及算例仿真142 6.2基于进化算法的在轨维护任务规划145 6.2.1交会对接任务规划模型146 6.2.2基于差分进化算法的轨迹规划及算例仿真148 6.2.3基于NSGAⅡ和MOEA/D的轨道次序规划及算例仿真152 6.2.4考虑多轨道面混合目标的任务规划算例仿真157 6.3轨道机动任务规划研究未来展望163 6.4小结164第7章航天器决策推演系统工程实现165 7.1航天器决策推演系统功能划分165 7.1.1任务筹划与仿真决策总控软件165 7.1.2仿真场景显示软件167 7.1.3模拟成像效能软件171 7.1.4效能评估软件175 7.1.5决策系统软件技术177 7.2数据通信功能实现182 7.2.1数据通信部分的总体设计182 7.2.2软件数据通信实现183 7.2.3数据通信协议184 7.3对远距离抵近机动策略的实际应用与软件实现186 7.3.1抵近机动仿真应用实现186 7.3.2大范围转移仿真应用实现191 7.4对近距离伴飞机动策略的实际应用与软件实现193 7.4.1伴飞机动仿真应用实现193 7.4.2兰伯特转移仿真应用实现196 7.5对碰撞规避策略的实际应用与软件实现198 7.6小结201 参考文献202