离散相似法在空-空导弹数字仿真中的应用

为满足空-空导弹火控系统解算攻击区的实时性要求，提出一种新的快速仿真方案。在六自由度弹道模型基础上进行合理有效地简化，基于瞬时平衡假设建立了导弹质心运动方程。采用时域离散相似法将导弹质心运动方程进行了离散化处理。通过传统模型、变步长积分模型、气动系数拟合模型和离散模型的仿真结果比较，表明气动系数拟合模型虽然运算速度最快但仿真精度最差，而离散模型不仅能大幅提高仿真速度，还能保证较高的计算精度，从而为空-空导弹攻击区快速解算提供了一种合理可行的方案。     

导弹弹道有理Bezier曲线造型与优化方法

为有效克服传统弹道优化方法解的收敛性和全局最优性受搜索算法和初始猜测等影响大的问题,提出了基于有理Bezier曲线的弹道造型与优化计算方法。根据边界条件用光滑且只含少量自由参数的有理Bezier曲线形成参数化弹道,采用逆动力学方法计算导弹攻角、速度等变量及参数化弹道性能指标,通过对自由参数寻优得到最优弹道。这种方法将连续的弹道优化问题转换为对很少自由参数的参数优化问题。与传统方法相比,该方法无需求解2点边值问题,不对导弹运动方程组进行离散化,因而鲁棒性强且解的全局最优性和光滑性好。仿真结果及与自适应伪谱法的比较验证了该方法的实用性和有效性。     

基于预警卫星观测数据的弹道重构算法研究

地球静止轨道顶警卫星弹道重构是弹道导弹防御的一个重要环节，利用基于Stirting插值逼近的非线性KALMAN滤波方法，对凝视型弹道重构算法进行了研究。在对导弹动力学模型分析的基础上，建立了弹道状态方程组和观测方程组，并对滤波计算中的初值选取，参数变换进行了讨论。滤波计算中的初值选取所用的多项式拟合方法，可以进行扫描型弹道重构的实现，但精度不高。通过仿真计算，对算法的可行性进行了验证。     

热损失对燃气蒸汽式发射动力系统内弹道计算影响

传统发射动力系统使用定能量系数修正内弹道计算模型,提高了内弹道特征值计算精度,但内弹道参数曲线计算值与测试值存在一定偏差。某型燃气蒸汽式发射动力系统发射筒内压力计算值与测试值存在一定的偏差,经分析内弹道模型中假设能量系数为常数是造成发射筒内压力计算偏差的主要因素。为了获得能量系数随时间的变化规律,通过使用热损失经典算法和试验研究相结合的方法,对发射动力系统工作过程中的热损失进行了计算研究,发射动力系统总的热损失为32 969.6 kJ,能量系数随发射动力系统工作逐渐增加。使用变能量系数修正内弹道计算模型对发射内弹道进行计算,计算结果表明变能量系数可有效提高导弹发射筒内压力的计算精度,同时经过分析燃气发生器和弯管仍具有降低热损失的潜力。     

垂直冷发射防空导弹弹道设计中的参数优化

根据垂直冷发射防空导弹的飞行程序，分析了影响弹道性能的主要因素，选取相应的参数对弹道进行优化设计。优化前后弹道参数的计算结果表明，该优化方法改善了速度特性，在攻击超低空目标时保证弹道末段俯冲角满足布儒斯特角的要求，是防空导弹弹道的有效设计方法。     

发射扰动与初始弹道耦合模型研究

针对火箭、导弹发射扰动与初始弹道互相耦合引起的弹道散布问题,提出发射扰动与弹道解算相耦合的计算分析模型。该模型以多体系统动力学为基础,建立能够模拟弹架相互作用和弹体初始扰动的发射动力学模型,并将弹体受到的气动载荷转化到弹体坐标系下进行刚体动力学计算以获得弹道参数。通过滚转弹应用实例分析表明,采用此模型能够有效模拟发射扰动与初始弹道相互耦合状态;弹架间隙扰动与气动载荷作用都会对弹体在飞行时的姿态角及飞行位置产生较大影响。当存在1 mm的弹架间隙且有气动载荷作用的影响下,与无弹架间隙和气动载荷的作用影响的结果对比发现,存在弹架间隙扰动的影响会使得弹体在飞行过程中的俯仰角和弹道倾角的幅值范围减小4°左右,也使得弹体在飞行过程中的Y向位移量在1.5 s时刻减小6 m左右;存在气动载荷作用的影响,会使得弹体在0.5 s撤去推力后的姿态角成波动式变化,滚转弹稳定飞行,也会使得弹体Y向位移量在撤去推力后持续的平稳增加。     

防空导弹初制导规律

分析了用于垂直发射防空导弹初制导的三角型和指数型两种导引控制。给出了两种控制方法的导引律,计算了典型弹道的攻角、俯仰角和交班点速度等参数。两种控制律的弹道参数计算结果表明,两者均为较理想的制导方案。与三角控制律相比,指数控制律的弹道倾角误差、最大攻角和速度损失均较小,其导弹交班精度更高。     

弹载双基前视SAR俯冲段成像制导路径优化研究

弹载双基前视合成孔径雷达（Missile-Borne Bistatic Forward-Looking Synthetic Aperture Radar,MBFL-SAR）可实现俯冲段全程二维高分辨率成像,还可实现导弹间的协同作战,提高制导精度。针对此构型下发射机轨迹直接影响双基成像分辨率的问题,分析了MBFL-SAR构型下的俯冲段二维分辨率特性,结合导弹的运动特性,在二维分辨率及导弹运动学对弹道的约束下,把导弹的三维加速度变化量作为优化变量,构建了与场景内分辨率夹角相关的目标函数,利用参数自适应的改进遗传算法进行发射机弹道优化仿真。与现有的基于线性衰减模型的轨迹设计方法相比,本文所提的轨迹优化方法可更好地满足高分辨率成像的要求。     

对接动力学试验台的建模与仿真研究

对接动力学试验台采用半物理仿真的方法实时模拟空间两个飞行器在设定对接初始条 件下的对接动力学过程。本文应用EASY5和ADAMS建立了包括机构动力学模型、飞行器对接动 力学解算、轨迹规划解算及运动模拟器位姿反解与液压伺服油缸等组成的对接动力学试验台 系统联合仿真模型。进行组合初始姿态偏差对接仿真,通过仿真结果对比,验证了试验台数 学模型的正确性。进行试验台精度考核仿真,再现了影响试验台精度的主要因素。该模型为 试验台研制与调试提供了重要的依据。
     

基于多项式插值的自由漂浮空间机器人轨迹规划粒子群优化算法

针对自由漂浮空间机器人轨迹规划问题,提出一种基于多项式插值与粒子群优化算法相结合的非完整运动规划方法。首先,通过对系统非完整约束条件进行分析,给出了以机械臂关节角耗散能为目标函数的轨迹最优控制算法;并采用高阶多项式插值方法逼近机械臂关节角轨迹,将插值多项式的系数作为优化参数,结合粒子群优化算法对关节角轨迹进行优化求解。最后,对本文提出的轨迹规划算法进行数值仿真。仿真结果表明关节角轨迹平滑连续,保证了关节角速度及关节角加速度在初始和终止状态均为零,从而验证了所提方法的有效性和可行性。     

一种运载火箭上升段轨迹的高精度确定方法

针对运载火箭上升段轨迹建模问题,采用自由节点样条模型描述轨迹变化规律,将轨迹确定中的参数估计转化为对样条函数系数估计,从而大量减少待估参数个数,有效提高参数估计精度。在此基础上,提出利用遗传算法优选测量元素的方法。在基本遗传算法框架下,通过对测量元素进行染色体编码、构造基于加权排序的适应值函数以及设计改进的比例选择算子,对整个测量元素组合空间进行充分搜索寻优。利用典型上升段轨迹和布站对该方法进行数值仿真,结果表明,本文提出的新方法比现有方法的位置确定精度提高了92.0%~94.4%;在均采用自由节点样条模型进行融合轨迹确定时,新方法比典型测元融合解算的位置确定精度也提高了16.4%～88.6%。     

机动发射弹道导弹集群诸元快速规划

针对机动发射条件下弹道导弹集群的飞行诸元快速规划问题，将神经网络预测与最小二乘优化相结合，提出了一种弹道导弹发射诸元快速规划方法。首先分析了弹道导弹助推段飞行策略并选取适当的发射诸元，以发落点信息为输入，设计双隐藏层诸元预测网络，通过弹道仿真获取弹道数据建立数据集完成网络训练，利用该网络可以得到发射诸元迭代初值。在此基础上，为了消除数据集中样本数据不平衡对发射诸元规划精度的影响，以落点射程、横程、高程偏差最小为指标函数，结合最小二乘优化方法进行迭代获得发射诸元精确解。最后在典型发射场景下，进行了弹道导弹集群机动快速发射仿真验证。结果表明，该方法相较于传统方法可显著提高计算速度与精度，且在给定的大范围机动条件下，能够满足弹道导弹集群对远距离、多目标的快速精确打击。     

弹道导弹发射点位置的弹道重构寻优估计

依据弹道导弹被动段的测量信息,提出了发射点位置的初始解析估计方法,并在此基础上提出了弹道重构寻优估计策略及方法,进一步提高发射点位置估计精度,完成了方法的数值仿真验证,在中远程弹道导弹预警中有一定的参考价值。     

安全约束下的空间翻滚目标涡流消旋稳定控制

针对空间翻滚目标涡流消旋任务执行效率低和抵近安全无保证的问题，首先基于椭球包络法给出了服务星机动轨迹的直接线性凸化安全约束，以确保机动过程的安全性和最优轨迹跟踪问题的有限时间可解性；设计了垂直构型下空间消旋任务的抵近期望轨迹以增强服务星消旋力矩的作用强度，缩短任务周期。在此基础上，提出了一种反馈线性化的收缩模型预测控制(FLC MPC)算法，有效跟踪所提出的期望轨迹，并严格保证安全约束及控制输入约束下受控系统的稳定性。最后，利用所提出的控制方法对阿丽亚娜 4火箭上面级进行消旋仿真，结果表明该方法能有效提高消旋效率，并保证服务星的安全稳定。     

基于序列近似优化算法的固体运载火箭弹道设计

采用打靶法研究固体运载火箭弹道优化设计问题。针对打靶法中智能优化算法效率、优化问题中约束条件提法等方面的不足,引入序列近似优化算法,提出算法中径向基函数高斯核宽度的高效确定方法。数值仿真实验表明,提出的方法可在基本不带来计算量增加的前提下,显著提高代理模型精度,使序列近似优化算法得到改进,提高优化效率。设计固体运载火箭飞行程序。建立弹道优化设计问题数学模型,并将模型中相关等式约束合理转化为不等式约束,降低优化问题求解难度;基于改进后的序列近似优化算法完成某固体运载火箭弹道优化,原始计算模型调用308次之后便搜索到最优解,较传统智能优化算法显著提高了优化效率,优化方案末助推级液体推进剂消耗比原方案减少25.7%。     

一种基于EPSO的航天器交会轨迹优化方法

研究了航天器在固定时间内燃料最省的多脉冲交会问题,提出了一种基于种群熵粒子群优化 (Population Entropy based Particle Swarm Optimization,EPSO)算法的交会轨迹优化设计方法。采用线性化C\|W方程描述航天器的相对运动,以能耗最优为控制目标,得到了基于连续推力的最优转移轨迹,用于确定脉冲点的位置。考虑工程实用性,采用多脉冲控制方法,利用脉冲点的位置参数建立了以脉冲点时间间隔为决策变量的优化目标函数,并用EPSO算法进行求解。在EPSO中,种群熵描述粒子在搜索空间中位置分布的混乱程度,并通过上一代的种群熵确定下一代的搜索空间,从而减少搜索空间的浪费,提高了算法的搜索速度和收敛精度。仿真结果表明,算法本身具有良好的优化性能,适用于航天器轨迹优化。     

运载火箭推力故障不确定性下轨迹可达包络分析

针对运载火箭突发推力故障且故障存在不确定性的轨迹设计问题,提出了一种基于状态转移张量法(STT)的故障火箭轨迹可达包络分析方法。首先,建立了推力故障火箭的运动模型,通过构建故障火箭轨迹重规划问题,基于序列二次规划法获得了不考虑故障不确定性的重规划轨迹; 其次,基于线性协方差对非线性系统的不确定性传播进行建模,并对模型进行线性化,在此基础上提出了基于SST的运载火箭轨迹可达包络分析方法; 最后,通过与多次蒙特卡洛仿真对比验证所提方法在运载火箭轨迹可达包络定量分析中的有效性。     

基于推力加速度模板的主动段弹道跟踪方法

对弹道导弹的主动段跟踪是导弹防御中重要的环节。针对此问题提出了一种基于推力加速度模板的主动段跟踪算法，该算法需要主动段推力加速度信息支持。给出了一种简捷的推力加速度模板构建方法。利用近常速运动模型描述了导弹运动特性，解决了对导弹发射时间的估计问题和模板概率的递推计算问题，并将该方法应用到空间预警系统中，通过仿真验证了该方法具有较好的识别效果，位置和速度估计误差都接近于CRLB限。