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基于代理模型的空间飞越发射窗口

向开恒 李人杰 陈杨

向开恒, 李人杰, 陈杨等 . 基于代理模型的空间飞越发射窗口[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(12): 2613-2620. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0264
引用本文: 向开恒, 李人杰, 陈杨等 . 基于代理模型的空间飞越发射窗口[J]. 北京航空航天大学学报, 2018, 44(12): 2613-2620. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0264
XIANG Kaiheng, LI Renjie, CHEN Yanget al. Launch window of space fly-by based on surrogate model[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(12): 2613-2620. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0264(in Chinese)
Citation: XIANG Kaiheng, LI Renjie, CHEN Yanget al. Launch window of space fly-by based on surrogate model[J]. Journal of Beijing University of Aeronautics and Astronautics, 2018, 44(12): 2613-2620. doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0264(in Chinese)

基于代理模型的空间飞越发射窗口

doi: 10.13700/j.bh.1001-5965.2018.0264
详细信息
    作者简介:

    向开恒  男, 博士, 研究员, 博士生导师。主要研究方向:航天器总体设计、航天器轨道动力学与控制

    李人杰  男, 博士研究生。主要研究方向:航天器轨道动力学与控制

    陈杨  男, 博士, 高级工程师。主要研究方向:航天器轨道动力学与控制

    通讯作者:

    向开恒, E-mail: xiangkaiheng@spacechina.com

  • 中图分类号: V412.4

Launch window of space fly-by based on surrogate model

More Information
  • 摘要:

    为了高效地分析空间飞越过程中航天器的初始位置对发射窗口的影响,研究了空间飞越任务流程,提出了不同初始条件下发射窗口的数值计算方法。在此基础上,为提高计算效率,研究了代理模型技术,包括样本点选取方法、代理模型构造方法和精度校验方法。对比分析了径向基函数(RBF)模型和Kriging模型,结果证明前者精度更高。使用RBF模型对不同初始条件下的发射窗口进行计算,耗时仅为使用真实模型时的0.29%,且精度校验满足要求,表明代理模型可以快速有效地分析初始条件对发射窗口的影响,为空间飞越轨道规划与设计提供理论依据和参考。

     

  • 图 1  空间飞越任务示意图

    Figure 1.  Schematic diagram of space fly-by mission

    图 2  空间飞越任务时序

    Figure 2.  Timing sequence of space fly-by mission

    图 3  发射窗口计算过程

    Figure 3.  Calculation process of launch window

    图 4  测试样本点分布

    Figure 4.  Distribution of test sample points

    图 5  真实模型和RBF模型的发射窗口长度等值线图

    Figure 5.  Contour map of launch window length of true model and RBF model

    图 6  平近点角相等时的发射窗口长度

    Figure 6.  Launch window length of equal mean anomalies

    图 7  可行的平近点角区间示意图

    Figure 7.  Schematic diagram of feasible region of mean anomaly

    图 8  任意一点的发射窗口分析

    Figure 8.  Analysis of launch window of one point

    图 9  发射窗口长度随时间的变化

    Figure 9.  Change of launch window length with time

    表  1  t0时刻轨道根数

    Table  1.   Orbit elements at moment t0

    航天器a/kmei/(°)Ω/(°)ω/(°)
    飞越航天器6 9780.0697.11800
    目标航天器7 8780.15102.018090
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    表  2  两种代理模型精度对比

    Table  2.   Accuracy comparison of two surrogate models

    模型R2RMSE
    RBF模型0.9930.018
    Kriging模型0.9520.049
    下载: 导出CSV

    表  3  代理模型和真实模型计算时间对比

    Table  3.   Comparison of calculation time between surrogate model and true model

    s
    模型
    代理模型
    构建时间
    发射窗口
    计算时间
    总计算
    时间
    真实模型57 68857 688
    RBF模型3 4731683 641
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-05-08
  • 录用日期:  2018-07-28
  • 网络出版日期:  2018-12-20

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