空间最优交会路径规划策略研究

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最优路径规划算法在导航系统中的应用研究

最优路径规划算法在导航系统中的应用研究

最优路径规划算法在导航系统中的应用研究导航系统已经成为人们生活中不可或缺的一部分,为人们提供了便捷、快速的路线规划服务。

而最优路径规划算法作为导航系统的核心技术之一,对于实现准确、高效的路线规划起到了关键作用。

本文将深入探讨最优路径规划算法在导航系统中的应用研究,重点介绍了几种常见的最优路径规划算法以及它们的优缺点。

最优路径规划算法的主要目标是在给定起点和终点的情况下,找到一条花费最小或时间最短的路径。

其中,Dijkstra算法是最经典的最短路径算法之一。

它通过不断更新起点到各个顶点的最短路径来确定最终的最短路径。

Dijkstra算法的时间复杂度较低,适用于一些简单的导航系统。

然而,当在大规模的地图上进行路径规划时,Dijkstra算法的时间复杂度会变得很高,因为它需要计算所有节点之间的距离,导致计算量大大增加。

为了提高路径规划的效率,A*算法应运而生。

A*算法结合了Dijkstra算法和启发式算法的优点,能够以较低的时间复杂度找到最优路径。

A*算法通过引入启发式函数来估计从当前节点到目标节点的距离,以此来指导搜索过程。

启发式函数可以根据实际应用的需求进行定义,例如可以根据道路的长度、拥挤程度、交通情况等因素进行估计。

A*算法通过不断更新节点的估价函数值,选择最小的估价函数值进行扩展,从而找到最优路径。

相比于Dijkstra算法,A*算法能够更快地找到最短路径,因此在大规模地图上的导航系统中广泛应用。

然而,A*算法并不是完美的解决方案。

在一些复杂的地图中,由于启发式函数的估计不准确或者距离因素的影响比较大,A*算法可能会得到不够准确的最优路径。

为了克服这一问题,人们提出了更加精确的最优路径规划算法。

比如,基于动态规划的Bellman-Ford算法和基于贪心法的Floyd-Warshall算法。

Bellman-Ford算法利用递推的思想,不断更新节点到目标节点的最短距离,直到收敛为止。

Floyd-Warshall算法通过不断更新节点之间的最短距离矩阵,找到所有节点之间的最短路径。

2010 年全国优秀博士学位论文名单(100 篇)

2010 年全国优秀博士学位论文名单(100 篇)

兽医学 临床医学
9 2 9 3 9 4 9 5 9 6 9 7 9 8 9 9 1 0 0 管理学
公共卫生与预 防医学 临床医学 口腔医学 药学 中药学
湖沼地区血吸虫病高风险区域的空间分 析及重点钉螺孳生地的探测 小型猪急性心肌梗死模型血管再生的实 验研究 压应力对骨髓间充质干细胞成骨分化早 期阶段成骨和破骨生成能力的影响 (± )-Communesin F 的全合成 丹参酮类化合物生物合成相关酶基因克 隆及功能研究 Fas 信号和 TLR 信号促进调节性树突状 细胞负向调控 CD4+ T 细胞反应及相关机 制研究
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管理科学与工 程
考虑数据分布的 K-均值聚类研究
吴俊杰
陈 剑
京协和医学 院(清华大学
医学部) 5 1 5 2 5 3 5 4 5 5 5 6 5 7 5 8 5 9 6 0 6 1 6 2 6 3 6 4 6 5 6 6 6 7 6 8 6 9 7 0 7 交通运输工程 计算机科学与 技术 仪器科学与技 术 材料科学与工 程 化学工程与技 术 控制科学与工 程 材料科学与工 程 电子科学与技 术 信息与通信工 程 纺织科学与工 程 材料科学与工 程 生物医学工程 机械工程 地质资源与地 质工程 矿业工程 化学工程与技 术 水利工程 食品科学与工 程 林业工程 土木工程 力学 城市交通网络拓扑结构复杂性研究 服务网格资源管理技术与系统研究 快速全光谱反射差分光谱仪的研究 化学气相沉积法原位合成碳纳米管增强 铝基复合材料 多级孔道沸石分子筛的合成、 表征及催化 应用 基于 LMI 技术的自适应容错控制系统优 化设计方法 尺寸依赖的界面能 碳纳米管多沟道场效应晶体管研究 光分组交换网中的光信号处理技术研究 基于图像处理技术的苎麻和棉纤维纵向 全自动识别系统 声子晶体及其物理效应的研究 电磁控制的几种纳米颗粒的组装研究 磨擦辅助精密电铸技术的研究与应用 煤中有害元素溶出分配规律及其地球化 学控制 组合煤岩的强度弱化减冲原理及其应用 聚合物基动密封材料耐磨性及寿命预测 研究 定量降雨与实时洪水预报研究 食品中化学残留物高通量高灵敏检测技 术的研究 麦秸纤维/聚丙烯复合材料制造工艺与性 能研究 土结构性的剪切波速表征及对动力特性 的影响 壁面吹吸和表面活性剂作用下的流动稳 吴建军 孙海龙 胡春光 何春年 方云明 叶 丹 陆海鸣 陈长鑫 义理林 王荣武 卢明辉 孙剑飞 朱增伟 王文峰 陆菜平 汪怀远 吴志勇 彭池方 潘明珠 周燕国 高 鹏 高自友 怀进鹏 胡小唐 赵乃勤 胡浩权 杨光红 蒋 青 张亚非 胡卫生 王善元 陈延峰 顾 宁 朱 荻 秦 勇 窦林名 陆小华 陆桂华 金征宇 周定国 陈云敏 陆夕云 北京交通大 学 北京航空航 天大学 天津大学 天津大学 大连理工大 学 东北大学 吉林大学 上海交通大 学 上海交通大 学 东华大学 南京大学 东南大学 南京航空航 天大学 中国矿业大 学 中国矿业大 学 南京工业大 学 河海大学 江南大学 南京林业大 学 浙江大学 中国科学技

2007数学建模优秀论文(最优公交路线选择)

2007数学建模优秀论文(最优公交路线选择)
1
目录 最优公交路线选择 .................................................................................................................... 1 1. 问题重述 ............................................................................................................................. 3 2. 模型假设 ............................................................................................ 3 3. 模型一:基于点搜索的多目标优化模型 ......................................................................... 4
3.3 问题三 .................................................................................................................... 11 3.3.1 问题分析: .................................................................................................. 11 3.3.2 图形改动: .................................................................................................. 12 3.3.3 建模求解: .................................................................................................. 13

2010年全国最优秀博士学位论文

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2010099
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丹参酮类化合物生物合成相关酶基因克隆及功能研究
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中国中医科学院

交通运输中的路径规划算法优化研究

交通运输中的路径规划算法优化研究

交通运输中的路径规划算法优化研究随着城市化和交通需求的不断增长,交通运输中的路径规划变得越来越重要。

路径规划是指在给定起点和终点的情况下,找到最佳路径来完成行程所需的决策过程。

在过去的几十年中,研究者们提出了许多不同的路径规划算法,以优化交通运输的效率和减少拥堵。

本文将探讨交通运输中路径规划算法的优化研究,包括图论算法、遗传算法和模拟退火算法等。

首先,图论算法是进行路径规划中最常用的方法之一。

图论是研究图结构的数学分支,它可以将地理空间转化为图的形式,其中节点表示地点,边表示路径。

著名的图论算法包括Dijkstra算法和A*算法。

Dijkstra算法通过计算起点到终点的最短路径来确定路径规划,但是对于大规模交通网络来说计算开销较高。

相比之下,A*算法是一种启发式搜索算法,它使用启发函数来评估路径的优劣,以减少搜索空间,提高路径规划的效率。

然而,图论算法虽然在小规模问题上表现良好,但在处理大规模网络时仍然存在挑战。

其次,遗传算法是一种基于自然进化原理的优化算法,在路径规划中得到了广泛应用。

遗传算法通过模拟自然界的进化过程,使用基因编码和选择、交叉和变异等操作,逐步优化路径规划的结果。

它的优势在于可以处理复杂的非线性问题,例如多目标路径规划和动态交通网络。

遗传算法的主要挑战是如何选择适当的基因编码和优化目标函数,以及如何平衡搜索空间的广度和深度。

另外,模拟退火算法是一种启发式优化算法,可以用于路径规划中的全局优化。

它模拟了固体退火的过程,在搜索空间中进行随机游走,并根据目标函数的值来决定接受或拒绝新的解决方案。

模拟退火算法的优势在于可以跳出局部最优解,找到全局最优解。

然而,模拟退火算法的搜索过程通常比较缓慢,而且对算法的参数设置比较敏感。

除了上述三种主要的优化算法,还有一些其他的方法也被应用于交通运输中的路径规划优化。

例如,神经网络算法可以通过训练网络来预测交通流量和拥堵情况,从而优化路径规划。

混合算法结合了多种优化方法的优点,以达到更好的路径规划效果。

空间最优交会轨迹跟踪控制的参数化方法

空间最优交会轨迹跟踪控制的参数化方法
r r c i g c n r lp o l m fs a e r n e v u y u i g t e eg n t u t r s i n y t a k n o to r b e o p c e d z o s b sn h i e s r c u e a sg me ta d t e m o e e e e c n n h d lr f r n e me h d o i e r s s e s A e d a k s a i zn o to lr a d a f e f r r r c n o t o l ra e b i . Th t o fl a y t m . n f e b c t b l i g c n r l n e d o wa d t a ki g c n r le r u l i e t e sm u a i n r s ls s o t e e f c i e e so h r p s d me h d i l to e u t h w h fe tv n s ft e p o o e t o .
Jn 00 a .2 1
空 间最 优 交 会 轨迹 跟踪 控 制 的参 数 化 方 法
顾 大 可 段 广 仁 付 艳 明 , , ,曹喜 滨
( .哈 尔滨工 业大 学控制理论 与制导技 术研 究 中心 ,黑龙江 哈尔滨 1 0 0 ; i 50 1
2 哈 尔 滨 工 业 大 学 卫 星 技 术 研 究所 ,黑 龙 江 哈 尔 滨 1 0 8 ) . 5 0 0
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空间最优交会路径规划策略研究

空间最优交会路径规划策略研究

附件2论文中英文摘要格式作者姓名:罗亚中论文题目:空间最优交会路径规划策略研究作者简介:罗亚中,男,1979年12月出生,2004年3月师从于国防科学技术大学唐国金教授,于2007年12月获博士学位。

中文摘要交会对接是进行空间组装、空间救援、深空探测等的必要技术,是我国载人航天第二步任务的关键技术。

交会路径规划是交会对接技术中关键问题之一。

论文以我国载人航天工程交会对接系统研制为背景,以发展新的理论和方法、解决工程实际问题为目的,对该问题进行了系统深入的研究,主要研究了摄动和路径约束最优交会路径规划问题、多目标最优交会路径规划问题,以及考虑偏差的鲁棒最优交会路径规划和实时交会路径规划问题。

全文主要研究成果如下:1、提出了多种新的考虑摄动因素和路径约束条件的最优交会路径规划策略,丰富和发展了最优交会路径规划策略理论。

现有的最优交会的研究成果无论是基于线性方程还是非线性方程,大都没有考虑实际摄动因素,应用于实际飞行任务中会有偏差,特别是对于长时间、远距离交会问题如调相问题和寻的交会问题,会带来较大的偏差;此外现有的最优交会研究较少考虑了实际交会轨道机动设计中的机动位置测控、测量视场限制等路径约束条件。

针对这些问题,论文以寻的交会和调相交会问题为背景,提出了多种新的考虑摄动和路径约束的最优交会路径规划策略。

以寻的交会问题为背景的路径规划策略包括:1)提出了一类求解非线性摄动和路径约束最优交会问题的两步串行混合优化策略,首先采用遗传算法和考虑J2摄动长期项的解析轨道模型确定一个初始点,然后采用序列二次规划算法基于摄动方程获得精确解。

给出了两个解析问题和考虑测控约束的寻的交会问题的测试结果,表明该规划策略具有较高的全局收敛能力、效率和鲁棒性。

(研究成果发表在国际著名优化类期刊Engineering Optimization(2006, 38,959-973)上,审稿人对该研究给予了高度评价“The work described in this paper is very high quality…I therefore commend the authors on doing some really good work。

铁路交会优化模型设计

铁路交会优化模型设计

铁路交会优化模型设计随着人们出行需求的增加,铁路交通作为一种高效、安全的交通方式,在现代社会中扮演着重要的角色。

然而,铁路交会点(也称为铁路交叉口)的运营管理常常会出现问题,比如容易发生交通拥堵和运输效率低下等。

为了解决这些问题,设计一个铁路交会优化模型成为了迫切的需求。

铁路交会优化模型设计的目标是通过合理的交通规划和调度方案来提高铁路交会点的运输效率,并同时确保安全和可靠性。

下面将从交通规划和调度两个方面进行探讨。

首先,交通规划是铁路交会优化模型设计中的一个重要环节。

交通规划的目的是基于交会点所处的地理环境和交通流量,合理规划铁路线路和站点布局,以减少交通瓶颈和拥堵。

具体来说,可以采用以下策略进行交通规划:1. 预测交通需求:通过数据分析和模型建立,预测未来的交通需求,包括客流量和货物运输量等。

这样可以根据需求进行合理规划,避免过度或不足的铁路线路。

2. 优化线路布局:根据预测的交通需求,考虑到线路长度、人口分布、地形地貌等因素,合理布局铁路线路和站点,减少交会点的拥堵。

同时,还可以考虑与其他交通方式的衔接,提高运输效率。

3. 设立交通设施:通过建设交通设施,如过街通道、连通道和桥梁等,提供便利和安全的交通环境。

这些设施的设置需要考虑到交会点的地理特征和流量分布,以减少交通事故和交通阻塞。

其次,合理的交通调度是铁路交会优化模型设计的另一个重要环节。

交通调度的目的是在规划好的交通环境下,通过合理的列车排班和运行调度,提高铁路交会点的运输效率。

以下是一些常用的交通调度策略:1. 列车排班:根据预测的交通需求和线路容量,制定合理的列车排班计划。

这包括列车的数量、发车时间和间隔等。

通过合理的排班,可以避免拥堵和运行不稳定的问题。

2. 调度优化:基于实时的交通流量和列车位置信息,通过优化调度算法,及时调整列车的出发时间、路线和速度等。

这样可以提高交会点的运行效率,并减少列车之间的冲突和延误。

3. 信息化管理:利用现代信息技术,实现对交通调度的实时监控和管理。

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附件2论文中英文摘要格式作者姓名:罗亚中论文题目:空间最优交会路径规划策略研究作者简介:罗亚中,男,1979年12月出生,2004年3月师从于国防科学技术大学唐国金教授,于2007年12月获博士学位。

中文摘要交会对接是进行空间组装、空间救援、深空探测等的必要技术,是我国载人航天第二步任务的关键技术。

交会路径规划是交会对接技术中关键问题之一。

论文以我国载人航天工程交会对接系统研制为背景,以发展新的理论和方法、解决工程实际问题为目的,对该问题进行了系统深入的研究,主要研究了摄动和路径约束最优交会路径规划问题、多目标最优交会路径规划问题,以及考虑偏差的鲁棒最优交会路径规划和实时交会路径规划问题。

全文主要研究成果如下:1、提出了多种新的考虑摄动因素和路径约束条件的最优交会路径规划策略,丰富和发展了最优交会路径规划策略理论。

现有的最优交会的研究成果无论是基于线性方程还是非线性方程,大都没有考虑实际摄动因素,应用于实际飞行任务中会有偏差,特别是对于长时间、远距离交会问题如调相问题和寻的交会问题,会带来较大的偏差;此外现有的最优交会研究较少考虑了实际交会轨道机动设计中的机动位置测控、测量视场限制等路径约束条件。

针对这些问题,论文以寻的交会和调相交会问题为背景,提出了多种新的考虑摄动和路径约束的最优交会路径规划策略。

以寻的交会问题为背景的路径规划策略包括:1)提出了一类求解非线性摄动和路径约束最优交会问题的两步串行混合优化策略,首先采用遗传算法和考虑J2摄动长期项的解析轨道模型确定一个初始点,然后采用序列二次规划算法基于摄动方程获得精确解。

给出了两个解析问题和考虑测控约束的寻的交会问题的测试结果,表明该规划策略具有较高的全局收敛能力、效率和鲁棒性。

(研究成果发表在国际著名优化类期刊Engineering Optimization(2006, 38,959-973)上,审稿人对该研究给予了高度评价“The work described in this paper is very high quality…I therefore commend the authors on doing some really good work。

”)2)提出了结合非最优主矢量理论、Lambert交会算法和进化算法用于确定最优脉冲数目的交互式规划策略。

三个问题的应用表明该交互式规划策略能够获得满足主矢量最优必要性条件的脉冲解,对二体方程和摄动方程下脉冲数目最优性做出了说明。

以调相交会问题为背景的路径规划策略包括:1)建立了调相交会特殊点变轨的离散和连续变量混合优化模型,提出了基于遗传算法和牛顿迭代算法的混合求解策略,发展了基于不可行解剔除、中间数据库以及实时更新牛顿迭代法初始点的改进措施。

采用了一个两天调相交会问题对优化策略及改进措施进行了测试,表明所提出的规划策略具有较好的收敛可靠性和效率,并且一次运行可以获得多个解,采用穷举法对该规划策略的全局收敛能力进行了数值验证。

2)提出了基于多圈Lambert交会算法的调相综合变轨规划策略,该策略首先采用并行模拟退火单纯形算法,基于多圈Lambert交会算法获得一个二体解,以二体解为初始点,采用序列二次规划算法基于考虑J2摄动长期项解析轨道模型获得一个改进解,再以改进解为初始点,序列二次规划算法基于精确轨道计算模型获得最终解。

所提出的规划策略对于一个经典的问题获得了优于现有文献的解,所获得解的最优性得到了验证。

基于一个两天调相交会问题验证了算法的全局收敛能力和综合变轨的优点,研究表明综合变轨相对于特殊点变轨可以在一定程度上节省燃料消耗,约为4%-35%,并分析得到了调相变轨燃料消耗随初始轨道面偏差变化的趋势。

(这部分研究成果发表在国际航天领域权威期刊AIAA Journal(2006, 44, 3143-3146 )和Journal of Guidance, Control, and Dynamics(2007, 30, 185-191; 2007, 30, 946-952)上,审稿人认为这些方法是对经典问题的“novel solution”。

所提出的方法解决了我国神舟8号飞船交会对接轨道方案设计技术难题,该部分成果是2006年度军队科技进步奖二等奖的主要贡献点之一(作者排名8)。

)2、将最优交会路径规划的研究范畴由单目标优化向多目标优化进行了拓展,系统地提出了多目标最优交会路径规划的理论、模型和算法。

在现有的最优交会路径规划研究中,多数是时间固定的燃料消耗最优交会研究。

设计一个交会轨道,燃料消耗固然是一个重要的设计指标,同时交会时间也是需要考虑的一个设计指标。

此外对于近距离交会轨道设计,轨道安全性也是一个需要考虑的重要指标。

论文有别于传统的单目标交会路径规划研究,综合考虑了燃料消耗、交会时间和交会轨道安全性三个设计指标,比较深入地研究了多目标最优交会路径规划理论与方法。

1)定义了追踪航天器自由飞行相对目标航天器的最短距离为交会轨道被动安全评价指标,给出了一种简化解析分析方法。

2)基于线性C-W方程,建立了综合考虑燃料消耗、交会时间和交会轨道被动安全指标的线性交会多目标设计优化模型,采用多目标遗传算法获得Pareto最优解集。

以寻的交会问题作为算例测试了优化模型和算法的有效性,优化结果有效地揭示了线性模型下交会轨道整体性能指标之间的关系。

3)基于Lambert交会算法,考虑了测量视场角约束和安全距离约束,建立非线性二体交会多目标优化设计模型,采用多目标遗传算法获得Pareto最优解集,并对解的Pareto最优性进行了验证,优化结果有效地揭示了二体轨道模型下考虑路径约束的交会轨道整体性能指标之间的关系。

4)采用物理规划算法将非线性摄动多目标最优交会问题转化单目标优化问题,提出了采用Lambert交会算法和模拟退火算法的摄动解求解策略,获得了满足设计者偏好的Pareto最优解,由于在设计中考虑了轨道摄动因素,所获得的解可直接适用于任务设计。

(本部分的研究结果陆续发表在Journal of Guidance, Control and Dynamics(2007,30, 383-389;2007,30, 994-1002;2008,31, 1829-1832)三篇论文中,期刊的主编和副主编认为“a novel method for simultaneous optimization of delta-v, time-of-flight, and safety performance”, “this is interesting and useful work”;该部分研究的后续工作获得了2009年国家自然科学基金资助(作者为负责人,项目批准号10902121))3、将最优交会路径规划的研究范畴由标称设计优化向考虑偏差的鲁棒设计优化进行了拓展,建立了鲁棒最优交会路径规划模型、评价指标以及设计理论。

现有的最优交会路径规划集中于标称最优交会路径规划研究,偏差分析是在事后完成的,没有有效地纳入闭环设计中。

论文在最优交会研究中考虑了实际交会轨道中的偏差因素的影响,较深入地研究了考虑偏差的鲁棒最优交会路径规划的模型、指标评价方法和设计理论:1)阐述了考虑偏差最优交会路径规划需要重点解决的问题,定义了考虑偏差的鲁棒最优交会路径规划的鲁棒评价指标。

2)提出了一类新的非线性交会偏差分析的协方差分析方法,推导了偏差传递矩阵和协方差传递矩阵,基于寻的交会问题和多圈非共面交会问题,通过与Monte Carlo仿真方法对比验证了该协方差分析方法的有效性。

3)分别基于线性交会方程和非线性二体交会方程,建立了综合考虑燃料消耗和鲁棒指标的两目标规划模型,采用多目标遗传算法获得了Pareto最优解集,并对解的Pareto最优性给出了数值验证。

4)将鲁棒指标引入到综合考虑燃料消耗和交会时间的多目标交会路径规划中,建立了考虑偏差因素的多目标最优交会路径规划模型,采用多目标遗传算法获得了Pareto最优解集,获得了考虑偏差因素下的交会轨道整体性能指标之间的关系。

(这部分成果发表在国际航天领域著名综合类期刊Aerospace Science and Technology(2007,11, 563-569)和Acta Astronautica (2009, in press);该部分研究的后续工作获得了2009年第四十五批博士后科学基金一等资助(作者为负责人,项目批准号20090450210))4、研究给出了实时非线性交会路径规划算法、并研制了交会路径规划软件。

论文针对偏差分析和实际飞行控制的需要,在标称交会路径规划策略的基础上发展了非线性交会实时规划算法,并研制了交会路径规划软件:1)提出了调相交会轨道控制实时规划算法,包括特殊点变轨实时规划算法和基于近圆偏差方程的综合变轨实时规划算法,综合考虑各项偏差因素,构造了地面控制仿真模拟框架,获得了几点可供工程设计参考的仿真结论。

(部分成果已经申请了国防专利,申请号:200910121326.9)2)研制了集成论文理论研究成果、面向工程应用的交会路径规划软件,该软件能完成交会对接各个飞行阶段的标称路径规划和实时交会路径规划。

(该软件是神舟8号交会对接综合试验室的主要软件模块之一,是2009年度军队科技进步二等奖主要贡献点之一(作者排名6)。

)论文研究拓展了现有最优交会路径规划的研究范畴,发展了多目标最优交会路径规划和考虑偏差的鲁棒最优交会路径规划的理论、模型和算法,具有较显著的理论意义,同时为交会轨道的综合性能指标设计提供了新的手段,研究成果发表于Journal of Guidance,Control and Dynamics等本领域权威国际期刊13篇论文中。

论文所提出的复杂交会路径规划方法、实时路径规划算法以及所研制的交会路径规划软件解决了实际工程应用中的技术难题,相关成果已经应于我国载人航天二期工程交会对接工程中,在神舟8号飞船方案设计和初样设计中取得了良好的应用效果,进一步将在实际飞行试验中得到应用。

关键词:载人航天,交会路径规划,多目标最优交会,协方差分析,鲁棒最优交会,实时规划,规划软件Study on Space Optimal Rendezvous Trajectory Planning ApproachLuo Ya-zhongABSTRACTRendezvous and docking technology is essential in space-assembly, space-succor, outer space-exploration etc., and is a key technology for the second step of China manned spaceflight project. Rendezvous trajectory planning is a critical problem in rendezvous and docking technology. With the background of China manned spaceflight project rendezvous and docking system development and the purpose of further developing the new theory and methods, and solving the critical engineering application problems, this dissertation studies the optimal rendezvous trajectory with perturbations and path constraints planning problem, the multi-objective rendezvous trajectory planning problem, the robust optimal rendezvous trajectory planning problem and the real-time trajectory planning problem with considering uncertainties. The main results achieved in this dissertation are summarized as follows.1、Several new optimal planning approaches for rendezvous trajectory with trajectory perturbations and path constraints are proposed, and this enriches and expands optimal rendezvous trajectory planning theory.The current optimal rendezvous trajectory planning methods based on linearized rendezvous equations and nonlinear rendezvous equations generally don’t consider the trajectory perturbations, which will cause errors for the practical missions, especially large errors for long-time, far-range rendezvous problems such as phasing and homing rendezvous problem. In addition, the path constraints for an operational rendezvous trajectory such as a communication window constraint on the maneuver position and field of view constraints, which are always required to be satisfied, are ignored in these cases. In order to overcome these problems, this dissertation propose several new optimal planning approaches for rendezvous trajectory with trajectory perturbations and path constraints with the phasing and homing rendezvous as application background.The optimization approaches taking homing rendezvous as background include: 1) A hybrid approach is proposed for optimizing general perturbed fuel-optimal multiple-impulsetime-fixed rendezvous with path constraints. A floating-coded genetic algorithm is employed in this hybrid approach to locate an initial reference solution for sequential quadratic programming (SQP) using a simplified analytical propagator. Subsequently, SQP is used to locate the accurate solution using numerical integration of the high-fidelity trajectory dynamic equations. The hybrid approach is evaluated in two classical test cases and a three-impulse homing rendezvous with communication window constraints, and its global convergence ability, efficiency and robustness is testified. 2) An interactive optimization approach using the evolutionary algorithm, the Lambert rendezvous algorithm and the Primer vector theory is proposed to optimize a rendezvous trajectory with the optimal number of impulses. The results of three test cases show that the interactive approach can guarantee the solutions satisfying the Lawden’s necessary optimality conditions.The optimality of the number of impulses with two-body equations and perturbed equations is explained.The optimization approaches taking phasing rendezvous as background include: 1) The design of a rendezvous phasing strategy with special-point maneuvers is formulated as a mixed integer and continuous nonlinear programming problem. A hybrid approach combining an integer-coded genetic algorithm with Newton's method is proposed for solving this problem. Three improvements including the infeasible solution return, the memory database and renewing the initial guess are imposed on the hybrid approach to make it more efficient and robust. A two-day rendezvous phasing problem is used as an example. Results show that our hybrid approach is with good convergence reliability and efficiency, and can find multiple solutions in a single run. The optimality of the obtained solutions is testified by using an exhaustive searching method. 2) A new hybrid optimization approach is proposed for the design of a rendezvous-phasing strategy with combined maneuvers. In this approach, a feasible iteration optimization model is first formulated using a multiple-revolution Lambert algorithm, and a parallel simulated annealing algorithm is employed to locate the unperturbed solution. Subsequently, an infeasible iteration optimization model accounting for trajectory perturbations is formulated, and a sequential quadratic programming algorithm is used to obtain the perturbed solution, with the unperturbed solution as an initial reference solution. The global convergence ability of the proposed approach is verified by solving a classical same-circle rendezvous problem. Two different solutions satisfying Lawden’s necessary optimality conditions are located and one solution outperforms an optimal solution previously reported. The proposed approach is further evaluated in a practical two-day rendezvous-phasing mission with differentinitial conditions. It is shown that this approach is with global convergence ability and the combined maneuvers can save propellant at a range of 4%–35% by compared with the special-point maneuvers. The relations between the initial orbit errors and the propellant are obtained.2、The research domain of optimal rendezvous is expanded from single-objective to multi-objective, and the optimal multiple-objective rendezvous trajectory planning theory, models and approaches are proposed.Most of current optimal rendezvous works focused specifically on fuel optimal time-fixed impulsive rendezvous problem. However, the total velocity characteristic is not the single desired criterion and minimizing time of flight serves as an equally attractive mission objective. In addition, trajectory safety is another important objective for designing a practical rendezvous mission, especially for an approach mission. Distinguished from the current single-objective optimal rendezvous studies, this dissertation studies multi-objective optimal rendezvous which incorporating three-objective functions including the minimum fuel cost, the minimum time of flight, and the maximum trajectory safety performance index.1) The minimum relative distance between the chaser and the target in the chaser’s free-flying path is defined as rendezvous trajectory passive safety and a semi-theoretical model for calculating this safety performance index is provided. 2) Based on the Clohessy-Wiltshire equations, the three-objective optimization models including the minimum characteristic velocity, the minimum time of flight and the maximum safety performance index are formulated, the non-dominated sorting genetic algorithm(NSGA-II) is employed to obtain the Pareto solution set. The proposed approach is evaluated using the _V-bar homing and _V-bar homing rendezvous missions. It is shown that tradeoffs between time of flight, fuel cost, and passive trajectory safety for rendezvous trajectory with using linearized equations is quickly demonstrated by the approach. 3) The feasible iteration optimization model of three-objective impulsive rendezvous with path constraints including trajectory safety and field of view constraints is established using a Lambert algorithm. The non-dominated sorting genetic algorithm (NSGA-II) is employed to obtain the Pareto solution set. The optimality of the pareto solution is testified by comparing with fuel-optimal solutions. It is shown that tradeoffs between time of flight, propellant cost and passive trajectory safety with using two-body rendezvous equations and several inherent principles of the rendezvous trajectory are demonstrated by this approach. 4) The multi-objective optimization design problem ofnonlinear perturbed rendezvous is converted into one-single optimization problem by using physical programming and a optimization approach for obtaining the designer preferred solution is proposed based on the Lambert rendezvous algorithm and the simulated annealing. As trajectory perturbations are considered, the obtained solution can be directly applied to mission design.3、The research domain of optimal rendezvous is expanded from normal design to robust design with considering uncertainties, and the robust optimal rendezvous trajectory planning models, evaluation performance index and design theories are proposed.The current optimal rendezvous trajectory planning studies focused on normal trajectory design without considering practical uncertainties and the uncertain analysis is executed after the accomplishment of normal trajectory. This dissertations investigates optimal normal trajectory design with considering uncertainty analysis and studies the robust optimal rendezvous trajectory planning models, evaluation performance index and design theories.1) The critical problems for robust optimal rendezvous design are described and one robustness performance index of rendezvous trajectory with uncertainty is defined. 2) One new covariance analysis method for nonlinear rendezvous uncertainty analysis is proposed, and the uncertainty transfer matrix and covariance transfer matrix are induced. The effectiveness of the proposed method is testified by comparing with the Monte Carlo simulation by the application to a homing rendezvous problem and a multi-revolution non-coplanar rendezvous problem. 3) Based on the Clohessy-Wiltshire linearized rendezvous equations and the two-body rendezvous equations, a two-objective optimization model including the minimum characteristic velocity and the minimum robustness performance index are formulated, the NSGA-II is employed to obtain the Pareto solution set. The Pareto optimality of the obtained solutions is testified by comparing with the fuel-optimal and robustness-optimal solutions. 4) The robustness performance index is introduced into the multi-objective rendezvous trajectory planning. The results can quickly demonstrate the tradeoffs between the whole performance indexes of a rendezvous trajectory with uncertainty.4、The real-time rendezvous trajectory planning approaches are studied and a rendezvous trajectory planning software is developed.In order to meet the requirements of error analysis and practical flight control, the nonlinear rendezvous trajectory real-time planning approaches are developed based on the normal rendezvoustrajectory planning approaches and a rendezvous trajectory planning software is developed.1) The real-time planning approach for phasing rendezvous trajectory maneuvers, including the special-point maneuvers real-time planning approach and the combined maneuvers real-time planning approach using the near circular deviation equations, are developed. A simulation framework including the practical uncertainties is formulated and several simulation issues which are useful for engineering design are concluded. 2) A rendezvous trajectory planning software for engineering application which integrates the theoretical achievements of this dissertation is developed, which can complete both normal rendezvous trajectory planning and real-time rendezvous trajectory planning.This dissertation expands the research domain of the current rendezvous trajectory planning by developing the optimal multi-objective and robust optimal rendezvous trajectory planning theory, methods and approaches, which have some remarkable theoretical significanceand also provide new design tools for comprehensive performance index optimization design ofa rendezvous trajectory. These academic achievements have been published in 13 papers of aerospace-domain top-influence international journals including the Journal of Guidance, Control and Dynamics. The proposed complex rendezvous trajectory planning approach, thereal-time rendezvous planning approach and the developed rendezvous trajectory planning software solve the critical engineering problems. And these approaches and software have been applied to design China manned spaceflight project rendezvous and docking mission and have achieved good application value in SZ-8 capsule scheme design and preliminary product development, and will be further applied to practical flight experiment.Key words: Manned Spaceflight, Rendezvous Trajectory Planning, Optimal Multi-objective Rendezvous, Covariance Analysis, Robust-Optimal Rendezvous, Real-time Plan, Planning Software。

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