火星进入轨迹优化与制导方法PDF电子书下载

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第一部分 基础知识 3

第1章 绪论 3

1.1 火星着陆任务概述 4

1.1.1 无人火星着陆任务 4

1.1.2 载人火星登陆计划 11

1.2 火星进入轨迹优化方法研究进展 18

1.2.1 启发式方法 18

1.2.2 直接法 19

1.2.3 间接法 20

1.2.4 不确定性优化方法 21

1.3 火星进入制导方法研究进展 22

1.3.1 参考轨迹跟踪制导 23

1.3.2 预测校正制导 25

1.4 小结 27

第2章 相关理论基础 30

2.1 火星进入动力学模型 30

2.1.1 火星环境模型 30

2.1.2 坐标系定义及其关系 33

2.1.3 火星进入器模型 37

2.1.4 动力学模型 37

2.1.5 约束条件 43

2.1.6 进入几何 43

2.2 最优控制理论概述 46

2.3 伪谱法概述 48

2.3.1 Legendre伪谱法 49

2.3.2 Chebyshev伪谱法 52

2.4 凸优化理论概述 52

2.4.1 二阶锥规划 54

2.4.2 二次约束二次规划 55

2.5 不确定性理论概述 56

2.5.1 不确定性的定义与分类 56

2.5.2 不确定性建模的数学基础 60

2.5.3 不确定性量化的基本方法 63

2.6 鲁棒优化理论概述 64

2.6.1 鲁棒优化的基本概念 64

2.6.2 鲁棒优化的基本方法 68

2.7 小结 70

第二部分 确定性优化方法 73

第3章 火星进入轨迹的改进Gauss伪谱优化方法 73

3.1 火星进入轨迹优化问题描述 73

3.1.1 火星进入动力学方程 73

3.1.2 约束条件 74

3.1.3 目标函数 75

3.1.4 优化问题描述 75

3.2 粒子群算法 76

3.3 Gauss伪谱法 77

3.4 混合优化策略 79

3.5 仿真分析 80

3.6 小结 84

第4章 火星进入轨迹的改进序列凸优化方法 85

4.1 基于航程角的火星进入动力学模型 85

4.2 改进序列凸优化方法 86

4.2.1 问题描述 87

4.2.2 问题凸化 87

4.2.3 问题离散 91

4.2.4 算法流程 93

4.2.5 仿真分析 93

4.3 LGL伪谱序列凸优化方法 107

4.3.1 问题描述 108

4.3.2 问题凸化 108

4.3.3 问题离散 109

4.3.4 算法流程 111

4.3.5 仿真分析 112

4.4 小结 117

第5章 火星进入轨迹的伪谱模型预测凸优化方法 119

5.1 模型预测凸优化方法 119

5.2 Legendre伪谱模型预测凸优化方法 122

5.2.1 伪谱灵敏度关系 122

5.2.2 参考轨迹更新 126

5.2.3 算法流程 128

5.2.4 仿真分析 130

5.3 映射Chebyshev模型预测凸优化方法 142

5.3.1 Chebyshev伪谱法 142

5.3.2 重心Lagrange插值 143

5.3.3 算法原理 144

5.3.4 仿真分析 147

5.4 小结 152

第6章 火星进入轨迹的间接序列凸优化方法 153

6.1 归一三角化方法 154

6.1.1 问题描述 154

6.1.2 算法原理 155

6.2 改进归一三角化方法 158

6.2.1 算法原理 158

6.2.2 仿真分析 162

6.3 间接序列凸优化方法 166

6.4 仿真分析 170

6.4.1 末端时间自由问题 170

6.4.2 末端时间固定问题 175

6.5 小结 179

第7章 火星进入和着陆轨迹的协同优化方法 180

7.1 最优问题描述 180

7.2 协同最优化设计 185

7.3 强化学习求解策略 188

7.4 仿真分析 190

7.5 小结 201

第三部分 不确定性优化方法 205

第8章 火星进入轨迹的灵敏度最优化方法 205

8.1 直接配点法 205

8.2 灵敏度最优控制方法 207

8.2.1 优化目标 208

8.2.2 约束条件 208

8.2.3 状态灵敏度计算 210

8.2.4 仿真分析 211

8.3 小结 214

第9章 火星进入轨迹不确定性量化方法 216

9.1 火星进入轨迹不确定性量化问题描述 216

9.2 基于自适应广义混沌多项式的不确定性量化方法 220

9.2.1 广义多项式混沌 221

9.2.2 自适应谱分解 223

9.2.3 随机空间的自适应分解 226

9.2.4 在火星进入轨迹不确定性量化问题中的应用 232

9.3 基于敏感度配点的非侵入式多项式的不确定性量化方法 238

9.3.1 非侵入式多项式混沌 239

9.3.2 基于敏感度的配点 241

9.3.3 确定性变量的求解 243

9.4 仿真分析 246

9.4.1 仿真设置 246

9.4.2 算例1：均匀不确定性 247

9.4.3 算例2：高斯不确定性 261

9.4.4 算例3：混合不确定性 275

9.4.5 分析与讨论 278

9.5 小结 280

第10章 火星进入轨迹鲁棒优化方法 281

10.1 火星进入轨迹鲁棒优化问题 281

10.1.1 火星进入动力学方程 281

10.1.2 火星进入段不确定性建模 282

10.1.3 约束条件 283

10.1.4 目标函数 283

10.1.5 优化问题描述 284

10.2 自适应伪谱法 286

10.3 鲁棒性和可靠性评估 288

10.4 仿真分析 289

10.4.1 仿真设置 290

10.4.2 算例1：末端高度最大化 292

10.4.3 算例2：末端偏差最小化 295

10.4.4 分析与讨论 298

10.5 小结 299

第四部分 鲁棒最优制导方法 303

第11章 火星进入自适应跟踪制导方法 303

11.1 直接模型参考自适应跟踪制导方法 303

11.1.1 基于CGT的直接自适应控制方法 303

11.1.2 自适应制导律设计 304

11.1.3 闭环稳定性分析 307

11.1.4 侧向制导律 309

11.1.5 标称轨迹 310

11.1.6 仿真分析 311

11.2 基于RBF神经网络的二阶滑模自适应跟踪制导方法 314

11.2.1 纵向制导律设计 315

11.2.2 火星进入鲁棒跟踪制导仿真 321

11.3 小结 330

第12章 火星进入预测校正制导方法 331

12.1 预测校正制导方法 331

12.1.1 纵向制导 332

12.1.2 横向制导 333

12.1.3 仿真分析 334

12.2 ETPC制导 338

12.2.1 预测航程误差 339

12.2.2 计算控制修正 340

12.2.3 横向制导 342

12.2.4 仿真分析 343

12.3 小结 346

第13章 火星进入计算制导方法 347

13.1 标准模型预测控制 348

13.2 最优反馈跟踪制导 349

13.2.1 QCQP问题 349

13.2.2 算法流程 352

13.3 最优计算制导 353

13.3.1 改进策略 353

13.3.2 算法流程 354

13.4 仿真分析 356

13.4.1 无偏工况仿真 358

13.4.2 蒙特卡洛仿真 361

13.5 小结 369

参考文献 370

索引 402

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