一种针对运动目标的飞行器航迹搜索算法

鉴于目前大部份的航迹规划方法研究都局限于静止目标，提出了一种针对运动目标的飞行器航迹规划方法。该算法借鉴自学习实时A*搜索的思想，将飞行器的运动与航迹搜索结合在一起，可以对目标的每一步移动实时作出反映。通过在限定的时间内扩大寻优范围，该算法不但可以满足实时在线应用的要求，而且可以有效地避免不可行区域，并使生成的航迹更加优化。实验结果表明，本文算法能有效地处理各种航迹约束，实时地生成满意的三维航迹。     

基于改进稀疏A~*算法的无人机航路规划

为使无人机具有在复杂环境下快速有效规划的能力,针对无人机航路规划中的稀疏A*算法进行改进,提出基于预生成点的变步长稀疏A*算法。算法在存在可行航路的紧密威胁障碍之间预先生成备选航路点,然后通过带有约束条件的稀疏A*算法进行航路规划,且在航路规划过程中结合变步长思想,更好地规避威胁,并加快搜索,最后对生成的航路实现二次优化。仿真结果表明,相比稀疏A*算法,改进的稀疏A*算法收敛速度快,具有更强的鲁棒性、可行性,且生成航迹具有更好的飞行品质。     

基于蜂群与A*混合算法的三维多无人机协同

研究了一种基于蜂群与A~*混合算法的三维多机航迹规划方法。理论和仿真研究表明该混合算法较单独的A~*算法更易躲避威胁,整体路径更优;其次,基于该混合算法探讨了多无人机三维路径协同规划下的自适应时间协同。通过判断多无人机到达时间范围,多机自适应时间协同状态为同时到达、时序到达或者无法协同重新航迹规划。针对时序到达情况采用了到达时间差迭代选择,相比于固定到达时间差的时序到达,迭代过程加大了无人机满足时序到达的可能性,增强了多机协同打击能力。     

一种基于可行优先的三维航迹规划方法

针对三维航迹规划的实时性问题,提出了一种基于可行优先的三维航迹规划方法。不同于通常的最优优先算法,该方法使用可行优先的准则,有效地剪除了搜索空间,提高了搜索效率,从而使三维航迹规划能够应用于实时航迹规划中。在搜索过程中,该方法通过改进局部航迹的三维规划,飞行状态保持,动态网格,导引点集四种策略,能快速地规划出三维航迹。算法复杂度分析和试验表明,该方法能够有效地完成航迹规划任务,获得满足要求的可行航迹。
     

基于改进遗传算法的飞行航迹规划

航迹规划技术是有效提高飞行器突防概率的关键技术之一,能在大范围的真实环境中 规划出满足各种约束的较优航迹,因此对所采用的算法有比较高的要求。基于此,首先 研究了航迹包含的角度、高度、航迹段长度及飞行器的最大航程等约束条件;其次对航迹编 码方式进行了改进,采用数组混合编码方式;并对遗传算法的交叉概率和变异概率的计算、 交叉算子和变异算子进行了改进,并应用该算法在求解航迹规划问题上进行了应用仿真研究 。对应用不同的航迹编码方式所得结果进行了对比分析。仿真计算表明,该算法能够规划出 一条满足要求的航迹,避免了分层规划的复杂性,提高了算法的工程实用性。
     

基于分层策略的三维航迹快速规划方法

快速航迹规划能力是任务规划系统追求的目标之一。提出了一种基于分层策略的三维航迹快速规划方法。该方法分为两个层次：全局规划和局部规划。全局规划在综合利用战场信息的基础上,利用遗传算法规划出最优或次优的引导点集,该引导点列所在的区域为最优连通域,并且在该连通域内能找到可行航迹,全局规划利用引导点列大致指明了最优航迹的走向;局部规划根据全局规划提供的引导信息和战场信息,利用SAS(Sparse A Search)算法快速规划出满足攻击角度约束的平面可行航迹,高度规划采用速度较快的几何规划方法。仿真实验表明,该方法比SAS规划方法要快,且生成的三维航迹近似最优。     

基于改进蚁群算法的巡航导弹航迹规划

研究了一种基于改进蚁群算法的巡航导弹航迹规划方法，以规划出生存概率更大、飞行距离更短的攻击轨迹，有效提高巡航导弹的作战效能。提出了坐标变换的思想，通过坐标变换将蚁群算法中信息素局部更新策略和全局更新策略协同作用的机制合理地应用到了航迹规划中，通过将信息素全局更新规则中的信息素常量和挥发率进行自适应变化来对算法进行了改进，最后对算法进行了计算机编程仿真实现。仿真结果验证了改进算法能有效避免算法过早陷入局部最优，加快算法的收敛速度，能取得目标函数更优的航迹规划路径。     

多飞行器协调航迹规划方法

针对多飞行器的协调航迹规划展开研究，提出了一种基于协同进化的多飞行器协调航迹规划算法。在该算法中，不同飞行器的潜在航迹形成它们自己的子种群，并在于种群内部进化。不同飞行器间的协调关系由航迹的评价函数来实现。同时，通过使用特定的染色体表示方法和进化算子，该算法可以有效利用各种环境信息，处理各种航迹约束，并实时地生成三维航迹。     

导弹定向定时航迹规划的改进PSO方法研究

为提高导弹的突防概率,协同攻击目标,需要对攻击角度和攻击时间同时进行协调,针对此,本文研究了改进的混沌PSO算法,并将其引入到导弹的航迹规划中。基于导弹的质点模型,将存在边值、过载和禁飞区等约束条件的导弹最优航迹设计问题,通过Gauss伪谱法转化成一个非线性规划问题进行求解;并对传统过载性能目标函数进行了改进,有效处理了不等式约束问题,并使导弹后期飞行轨迹平滑,最后对多导弹协同攻击静止目标进行了仿真验证。仿真结果表明,利用改进的混沌PSO算法,可以获得一条满足导弹性能约束和战场环境约束的平滑飞行航迹。本方法所设计出的航迹能安全地绕过禁飞区,过载满足要求并降低了末段控制压力,提高了导弹的突防能力,有一定的工程应用价值。     

一种三维航迹快速搜索方法

本文提出了基于SAS的自动三维航迹规划方法。该方法通过把约束条件结合到搜索算法中去，有效地减小了搜索空间，缩短了搜索时间，从而使三维规划能够用于实时航迹规划。在搜索过程中地形信息得到了充分利用，使算法生成的航迹能够自动回避地形和威胁。实验证明，该方法能够快速有效地完成规划任务，获得满意的三维航迹。     

嫦娥三号月面巡视器机械臂就位探测规划

提出了一种基于SA *算法的嫦娥三号月面巡视器机械臂就位探测规划方法。建立了机械臂的正逆运动学模型,满足机械臂与环境不存在干涉的约束条件,并通过碰撞检测避免机械臂与环境和巡视器本体发生干涉;利用SA *算法在机械臂的工作空间进行搜索,在机械臂位形切换次数最少的优化条件下,实现了月面巡视器机械臂就位探测规划;通过月面巡视器在轨任务执行数据验证了基于SA *算法的月面巡视器机械臂就位探测任务的可行性。     

基于轨迹规划的自由漂浮空间机器人抓取运动物体的研究

针对空间机器人非完整性和冗余性，对笛卡空间下的轨迹规划问题进行了研究。在此基础上，分析了空间机器人抓取运动物体的策略，提出了基于轨迹规划的空间机器人路径规划方法，并以三自由度空间机器人为例，对空间机器人抓取运动目标体的问题进行了研究，该方法是开环控制方法，但由于在进行轨迹跟踪过程中，误差不累积，得到的实际曲线与理论曲线相近，误差达到了规定的范围。     

返回舱弹道重建与黑障区弹道再现研究

对于飞船返回舱，黑障区弹道再现是再人飞行试验气动分析工作的重要环节。利用舱上测量数据和有限的雷达测量数据重构飞行弹道，是黑障区弹道再现的有效方法。本文建立了返回舱弹道重建的数学模型，包括运动学模型、观测模型、测量误差模型，从而将返回舱弹道重建问题转化为一个非线性动态系统的参数辨识问题。给出了基于极大似然判据和Newton-Raphson迭代的弹道重建算法。对某飞船返回舱的飞行试验数据进行了计算和分析，结果证实了弹道重建数学模型的正确性和算法的可行性。通过弹道重建，不仅再现了黑障区的弹道，而且提供了可靠的、完整的弹道数据。     

可重复使用运载器的再入制导(英文)

提出了一种针对可重复使用运载器的再入制导算法。算法可分为轨迹规划算法和轨迹跟踪算法。较之经典的规划阻力的航天飞机制导方法,此算法最显著的特点在于轨迹规划与轨迹跟踪都直接在高度-速度空间里进行。在规划算法中,所有的轨道不等约束都可用高度-速度空间里的上下边界来表示,之后基于此边界采用线性化插值的方法来产生标称轨迹族,最后根据末端约束(末端能量管理)和航程约束来选择所需的标称轨迹。跟踪算法则采用反馈线性化来跟踪此标称轨迹进而满足所有的约束条件。此算法另一有别于传统方法的特点在于算法可使用一个航迹角控制器来增加航程,以满足大航程需要。适当地结合规划-跟踪算法和航迹角控制器可给再入制导带来极大的灵活性和适应性。另外,算法对各种建模误差与噪声的鲁棒性经验证也是符合要求的。     

空间机器人动力学奇异回避的笛卡尔轨迹规划

针对空间机器人动力学奇异的回避问题，提出一种基于组合函数的笛卡尔轨迹规划方法。将梯形规划与正弦函数相结合，对机械臂末端的位姿进行参数化。机械臂沿着某一轨迹运动时，根据阻尼最小方差法(DLS)的特点，提出一种判断是否发生动力学奇异的方法，并据此进行轨迹规划。该方法可以保证空间机械臂运动过程中不会遇到动力学奇异。此外，将基座姿态扰动和机械臂运动时间作为目标函数的一部分，最终，轨迹规划问题转化为多目标优化问题，并利用混合整数规划的混沌粒子群优化算法(CPSO)进行求解。该优化算法能够改善标准粒子群算法(PSO)的“早熟”现象。仿真结果表明，新方法能够有效处理动力学奇异问题，减小基座姿态扰动及运动时间。     

考虑通信延迟的卫星集群改进蜂拥控制

针对卫星集群的无碰撞协同运动问题,提出了一种改进的蜂拥控制策略。首先,结合Prim算法和广度优先算法设计了一种计算度、半径约束最小生成树的拓扑优化方法,并将优化结果作为星群的通信拓扑。该方法不仅能够节省每个卫星的通信资源,还能够减少星群网络的通信延迟。随后,为提高参考轨迹生成的快速性,采用基于傅里叶级数的形状曲线逼近法对主星参考轨迹进行规划。在此基础之上,提出了一种考虑通信延迟与碰撞规避的蜂拥控制策略,使星群能够在保证通信连通性的前提下沿参考轨迹运动到目标点附近,并且在运动过程中不发生碰撞。经过理论分析,利用Lyapunov Razumikhin定理证明了卫星集群系统能够达到渐近稳定。最后,通过数值仿真验证了所提控制策略的正确性和有效性。     

基于单轴随机扩展算法的自主探测器大角度机动规划

自主姿态大角度机动是自主深空探测器的关键技术之一，而在满足敏感仪器、保持通信链路等约束的情况下实现姿态大角度机动的自主规划与执行是目前面临的一个难题。针对这个问题，提出一种单轴随机扩展算法，该算法采用扩展的方式生成规划路径，并充分利用扩展过程中邻近点的信息，把属于三维构造空间的大角度机动规划问题简化为二维规划问题，从而减少问题求解的搜索空间。最后利用前向搜索方法对初始的规划路径进行优化，并通过算例验证了此方法的可行性。     

Rapid generation of entry trajectories with waypoint and no-fly zone constraints

Waypoints are positions for multiple payload deployments or reconnaissance missions, and no-fly zones are exclusion zones that cannot be passed for threat avoidance or due to geopolitical restrictions. This paper proposes a rapid entry trajectory generation approach satisfying waypoint and no-fly zone constraints for entry vehicles with relatively high lift-to-drag ratio. A lateral planning algorithm based on a Newton iteration scheme is developed to simultaneously design both the magnitude and sign of the control variable according to waypoints and no-fly zones. The algorithm converts the highly constrained trajectory planning problem into a series of one-parameter search problems based on a reduced-order system. Then, the quasi-equilibrium glide phenomenon is employed to extract the remaining state variables corresponding to longitudinal motion. The algorithm is tested using the Common Aero Vehicle model, and the results demonstrate that the algorithm can generate flyable entry trajectories rapidly within allowable tolerances while satisfying all the flight constraints.     

SpaceWire星载网络通信协议设计

SpaceWire是ESA和NASA推荐的新一代星载数据总线标准,其应用方向之一是构建统一总线星载网络。星载网络是典型的实时系统,它对网络信息的传输时延具有严格要求。然而,传统SpaceWire网络多源、异步、事件触发的特性使它难以提供确定的信息传输时延,这制约了它在统一总线星载网络中的应用。本文为克服SpaceWire的上述应用瓶颈,提出一种基于时间触发的SpaceWire星载网络通信协议,并提出相应的节点通信调度算法,通过合理的规划使节点在确定的时间窗口发送通信数据,从而避免了网络资源冲突,使信息传输时延的确定性得到保证。     

Opportunity options for rendezvous,flyby and sample return mission to different spectral-type asteroids for the 2015–2025

The feasible rendezvous, flyby and sample return mission scenario to different spectral-type asteroids for the 2015–2025 are investigated. The emphasis is put on the potential target selection and the design of preliminary interplanetary transfer trajectory in this paper. First, according to different scientific motivations, some potential targets with different spectral-type and physical property are selected. Then, some optimal rendezvous and sample return opportunities for different spectral-type asteroids are presented by using pork-chop plots method and Sequential Quadratic-Programming (SQP) algorithm. In order to reduce the launch energy and total velocity increments for sample return mission, the Earth swingby strategy is used. In addition, the feasible trajectory profiles of flyby and rendezvous with two different spectral-type asteroids in one mission are discussed. A hybrid optimization method combing the Differential Evolution (DE) algorithm and SQP algorithm is introduced as a trajectory design method for the mission. Finally, some important parameters of transfer trajectory are analyzed, which would have a direct impact on the design of spacecraft subsystem, such as communication, power and thermal control subsystem.