《航天器軌跡優(yōu)化理論、方法及應用》以著者完成的“飛行器軌跡優(yōu)化”相關科研成果為基礎，以運載火箭入軌、飛行器再入、航天器軌道轉移和交會為應用背景，系統(tǒng)闡述了飛行器軌跡優(yōu)化的問題建模、基本理論與求解方法、算法模型、應用成果和相關軟件等內容�！逗教炱鬈壽E優(yōu)化理論、方法及應用》可作為從事飛行器研究、設計、試驗和應用的工程技術人員，以及高等院校相關專業(yè)教師和研究生的參考用書。
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《航天器軌跡優(yōu)化理論、方法及應用》是飛行器設計領域的一本專著，全書以運載火箭發(fā)射、航天器再入、航天器軌道機動為應用背景，從軌跡最優(yōu)化基本理論、最優(yōu)控制數(shù)值方法、航天領域的各種軌跡優(yōu)化問題求解等方面著手，系統(tǒng)闡述了航天器軌跡優(yōu)化的理論、方法、應用和軟件等，其主要內容包括：①航天器軌跡優(yōu)化研究進展；②軌跡最優(yōu)控制理論；③軌跡優(yōu)化問題參數(shù)化方法；④軌跡優(yōu)化常用數(shù)值優(yōu)化算法；⑤運載火箭發(fā)射軌道設計優(yōu)化；⑥航天器再人軌跡設計優(yōu)化；⑦航天器空間脈沖和有限推力最優(yōu)軌道機動；⑧航天器軌跡優(yōu)化軟件。 《航天器軌跡優(yōu)化理論、方法及應用》內容豐富翔實，具有較強的前沿性和實用性，可作為高等院校飛行器設計及相關專業(yè)研究生和本科高年級學生的參考教材，也可供從事航天任務設計的研究人員和工程設計人員參考使用。
目錄
前言
第1章 緒論 1
1.1 航天器軌跡優(yōu)化的研究背景與意義 1
1.2 航天器軌跡優(yōu)化問題分類 2
1.3 航天器軌跡優(yōu)化的發(fā)展歷程 3
1.3.1 20世紀50年代前后的最優(yōu)控制理論 4
1.3.2 20世紀60年代發(fā)展興起的間接法 5
1.3.3 20世紀70年代以來的直接法 7
1.3.4 20世紀90年代以來的智能優(yōu)化算法 11
1.4 本書的目的和內容安排 13
參考文獻 14
第2章 軌跡最優(yōu)化基礎理論 17
2.1 最優(yōu)控制問題的數(shù)學描述 17
2.2 變分法 18
2.2.1 泛函極值與變分 18
2.2.2 泛函極值的必要條件 21
2.2.3 最優(yōu)控制問題的變分法 24
2.3 極小值原理 26
2.3.1 極小值原理的基本形式 26
2.3.2 具有軌線約束的最優(yōu)控制問題 28
2.4 數(shù)學規(guī)劃基本理論 31
2.4.1 無約束極值理論 31
2.4.2 等式約束極值問題的經典拉格朗日理論 32
2.4.3 不等式約束極值問題的庫恩-塔克(Kuhn-Tucker)理論 33
參考文獻 35
第3章 軌跡優(yōu)化參數(shù)化方法 37
3.1 基于極小值原理的間接法 37
3.1.1 間接法的參數(shù)化方法 37
3.1.2 間接法的特點 38
3.1.3 間接法的若干典型應用 38
3.2 傳統(tǒng)的直接法 39
3.2.1 傳統(tǒng)直接法的參數(shù)化方法 39
3.2.2 傳統(tǒng)直接法的特點 43
3.2.3 傳統(tǒng)直接法的若干典型應用 43
3.3 偽譜法 43
3.3.1 偽譜法的參數(shù)化方法 44
3.3.2 偽譜法的特點 49
3.3.3 偽譜法的若干典型應用 49
3.4 其他方法 50
3.4.1 動態(tài)逆方法 50
3.4.2 動態(tài)規(guī)劃方法 51
3.4.3 滾動時域優(yōu)化 52
3.4.4 快速探索隨機樹法 53
3.4.5 軌跡優(yōu)化方法的其他相關問題 54
參考文獻 55
第4章 軌跡優(yōu)化數(shù)值優(yōu)化算法 58
4.1 航天器軌跡優(yōu)化中的優(yōu)化算法研究概述 58
4.1.1 航天器軌跡優(yōu)化中的經典優(yōu)化算法 58
4.1.2 航天器軌跡優(yōu)化中的智能優(yōu)化算法 59
4.2 兩點邊值問題的求解方法 60
4.2.1 兩點邊值問題的打靶法 61
4.2.2 共軛梯度法 61
4.2.3 兩點邊值問題的非線性優(yōu)化 62
4.3 經典非線性規(guī)劃算法 62
4.3.1 無約束直接優(yōu)化算法 62
4.3.2 無約束間接優(yōu)化算法 63
4.3.3 約束處理算法 63
4.4 序列二次規(guī)劃算法 67
4.4.1 概述 67
4.4.2 算法原理與步驟 68
4.4.3 軟件 71
4.5 智能優(yōu)化算法 71
4.5.1 遺傳算法 71
4.5.2 模擬退火算法 73
4.5.3 微粒群算法 76
4.5.4 差分進化算法 77
4.5.5 蟻群算法 78
4.6 多目標優(yōu)化算法 79
4.6.1 多目標優(yōu)化問題 79
4.6.2 多目標問題求解方法分類 80
4.6.3 傳統(tǒng)的多目標優(yōu)化算法 82
4.6.4 多目標進化算法 82
4.6.5 物理規(guī)劃方法 88
參考文獻 92
第5章 運載火箭發(fā)射軌道設計優(yōu)化 101
5.1 運載火箭發(fā)射軌道設計優(yōu)化研究進展 101
5.1.1 國外研究進展 101
5.1.2 國內研究進展 102
5.2 發(fā)射軌道設計優(yōu)化基本模型 103
5.2.1 運載火箭發(fā)射軌道動力學模型 103
5.2.2 運載火箭發(fā)射軌道優(yōu)化問題 104
5.2.3 發(fā)射軌道程序角參數(shù)化方法 105
5.2.4 目標軌道入軌條件計算 106
5.3 地球同步軌道發(fā)射軌道設計 107
5.3.1 發(fā)射過程 107
5.3.2 停泊軌道的選擇與進入停泊軌道的條件 108
5.3.3 GTO的選擇與進入GTO的條件 108
5.3.4 俯仰角程序的選擇 109
5.4 基于分解策略的GTO發(fā)射軌道優(yōu)化 110
5.4.1 研究內容 110
5.4.2 參數(shù)化處理及分析計算模型 110
5.4.3 兩級規(guī)劃模型 111
5.4.4 發(fā)射軌道的分解優(yōu)化模型 112
5.4.5 優(yōu)化策略設計 114
5.4.6 GTO發(fā)射軌道優(yōu)化結果分析 115
5.5 LEO和SSO發(fā)射軌道優(yōu)化策略 119
5.5.1 LEO發(fā)射軌道優(yōu)化策略 120
5.5.2 SSO發(fā)射軌道優(yōu)化策略 120
5.6 最小起飛質量兩級優(yōu)化 121
5.6.1 最小起飛質量優(yōu)化策略 121？？
5.6.2 最小起飛質量兩級規(guī)劃模型 122
5.6.3 結果分析 124
參考文獻 126
第6章 航天器再入軌跡設計優(yōu)化 129
6.1 再入軌跡設計優(yōu)化研究進展 129
6.1.1 傳統(tǒng)航天器再入軌跡設計 129
6.1.2 機動再入飛行器軌跡優(yōu)化 129
6.2 傳統(tǒng)再入航天器軌跡設計優(yōu)化 131
6.2.1 彈道-升力式再入軌跡設計 131
6.2.2 升力式再入軌跡設計 133
6.3 基于平面運動模型的滑翔式再入軌跡優(yōu)化 135
6.3.1 軌跡優(yōu)化問題描述 136
6.3.2 軌跡優(yōu)化算例與結果分析 138
6.3.3 基于軌跡優(yōu)化的最優(yōu)攻角設計 142
6.4 基于空間運動模型的滑翔式再入軌跡優(yōu)化 144
6.4.1 軌跡優(yōu)化問題描述 145
6.4.2 軌跡優(yōu)化策略與求解器 149
6.4.3 軌跡優(yōu)化算例與結果分析 150
6.5 基于空間運動模型的滑翔式再入軌跡在線生成 156
6.5.1 軌跡在線生成問題描述 157
6.5.2 再入走廊的確定 158
6.5.3 縱向參考軌跡的在線規(guī)劃 159
6.5.4 三自由度軌跡的在線生成 161
6.5.5 軌跡在線生成算例與結果分析 163
參考文獻 164
第7章 空間最優(yōu)脈沖軌道機動 167
7.1 空間最優(yōu)軌道機動問題 167
7.1.1 基本數(shù)學模型 167
7.1.2 軌道機動問題的分類 168
7.1.3 不同推力模型及設計變量 169
7.2 最優(yōu)脈沖軌道機動研究概述 170
7.2.1 間接方法 171
7.2.2 直接方法 172
7.3 最優(yōu)脈沖軌道機動基本理論和算法 173
7.3.1 主矢量理論及算法 173
7.3.2 Lambert算法 178
7.4 最優(yōu)脈沖軌道轉移典型算法 187
7.4.1 典型最優(yōu)軌道轉移結論 187
7.4.2 基于Lambert算法的最優(yōu)多脈沖轉移 188
7.4.3 基于Gauss偽譜法的多脈沖最優(yōu)轉移 190
7.5 最優(yōu)脈沖軌道交會典型算法 195
7.5.1 基于主矢量理論的最優(yōu)脈沖線性交會 195
7.5.2 最優(yōu)多脈沖非線性交會的規(guī)劃模型 199
7.5.3 基于主矢量理論和進化算法的交互式求解方法 201
7.6 深空探測引力輔助最優(yōu)脈沖機動優(yōu)化 211
7.6.1 引力輔助機動分析模型 211
7.6.2 多脈沖機動優(yōu)化模型 212
7.6.3 算例分析 215
7.7 小行星探測多脈沖交會軌道多目標優(yōu)化 217
7.7.1 小行星探測深空轉移軌道機動問題 218
7.7.2 多目標優(yōu)化模型與算法 219
7.7.3 算例分析 220
參考文獻 223
第8章 空間有限推力最優(yōu)軌道機動 228
8.1 有限推力最優(yōu)軌道機動研究概述 228
8.1.1 間接方法 228
8.1.2 直接方法 230
8.1.3 其他方法 231
8.2 固定推力地球軌道轉移問題 231
8.2.1 兩點邊值問題 232
8.2.2 邊值條件分析 233
8.2.3 算例分析 235
8.3 小推力火星探測最優(yōu)軌道轉移問題 236
8.3.1 小推力星際軌道轉移問題 237
8.3.2 最短時間軌道轉移的間接算法 238
8.3.3 基于模擬退火算法的直接優(yōu)化方法 240
8.4 有限推力最優(yōu)線性交會問題 242
8.4.1 C-W交會動力學模型 242
8.4.2 連續(xù)推力最優(yōu)線性交會 243
8.4.3 固定推力最優(yōu)線性交會 248
8.5 小推力最優(yōu)非線性交會問題 252
8.5.1 小推力軌道動力學模型 252
8.5.2 小推力最優(yōu)交會的典型間接法 256
8.5.3 小推力最優(yōu)交會的直接法性能分析 258
8.6 月面最優(yōu)著陸問題 266
8.6.1 月面最優(yōu)定點著陸問題描述 266
8.6.2 優(yōu)化策略 270
8.6.3 算例分析 271
參考文獻 273
第9章 航天器軌跡優(yōu)化軟件 279
9.1 概述 279
9.2 美國典型軌跡優(yōu)化軟件 281
9.2.1 POST和GTS281
9.2.2 OTIS281
9.2.3 SOCS282
9.2.4 DIDO282
9.3 歐洲典型軌跡優(yōu)化軟件 282
9.3.1 ASTOS282
9.3.2 其他軌跡優(yōu)化軟件 285
9.4 著者開發(fā)的軌跡優(yōu)化軟件 286
9.4.1 運載火箭軌跡優(yōu)化軟件 286
9.4.2 空間交會路徑規(guī)劃軟件 288
9.4.3 優(yōu)化算法與最優(yōu)控制軟件(SOAOC)294
參考文獻 297
書單推薦
