基于ISODATA模糊系统的飞船落点选优方法

针对如何从基于分布式并行计算获得的数千个飞船返回过程预报落点中优选出＂最可能＂落点这一问题,在充分考虑以往返回落点计算的先验知识和最新落点信息的基础上,设计了飞船返回的自适应聚类模糊系统,采用含有时间因子的迭代自组织数据分析算法研究了返回舱落点优选方法。最后,利用＂神舟八号＂返回落点实测数据进行模型检验。计算结果表明,该方法的落点预报精度较传统选优算法的预报精度高50%以上,同时具有较好的稳定性,可为飞船返回搜救提供技术支撑。     

基于气象风修正的返回舱落点快速预报方法

针对载人飞船回收着陆阶段伞-舱系统运动轨迹受中高空水平气象风影响大的特点,研究建立了回收着陆段完备的伞-舱多体动力学模型,提出了一种基于气象风漂移修正的返回舱落点快速预报方法,在"神舟八号"、"神舟九号"任务中进行了验证试验,并与现有返回舱落点预报方法进行了比较。结果表明,基于伞-舱多体动力学模型的气象风漂移修正量精度较现有方法提高了30%,利用该方法可快速准确预报返回舱着陆落点位置,有助于缩小飞船搜救范围,缩短搜救时间。     

载人飞船返回舱再入末段实时光电测量评估系统

针对载人飞船返回舱再入末段(高度20 km以下)缺乏有效测量评估方法的问题,研制了一套基于小型光电经纬仪的测量评估系统。硬件系统由光电指向器、驱动控制机箱、室内操控盒和显控计算机组成,研发了具有系统监控、图像处理、数据传输功能的管理平台软件,实现了在不同跟踪状态下的电路跟踪模型和复杂背景下的小目标智能识别融合算法。系统支持外引导、自跟踪2种模式跟踪返回舱再入末段至落地全过程。使用多站交汇算法获取返回舱降落轨道数据,实现返回舱落地后的快速落点测量,完成神舟十二至神舟十四号载人飞船返回段回收测量任务。结果表明：该系统为返回舱再入末段的轨道测量和状态评估提供了可靠手段,首次实现了返回舱再入末段高清图像的实时拍摄传输,为飞船指挥控制部门提供了科学、直观、准确的评估依据。     

基于回收着陆段精细模型的飞船落点预报

针对载人飞船回收着陆阶段伞-舱系统运动轨迹受中高空水平气象风影响大的特点,研究建立了回收着陆段完备的伞-舱多体动力学模型,提出了回收着陆轨迹预报算法,分析比较了简化的三自由度动力学模型和精细的多体动力学模型的数值预报效果,并与“神舟八号”返回舱实时降落轨迹和实测落点位置进行了比较分析.结果表明,精细的伞-舱动力学模型为回收着陆气象风修正落点预报提供了更精确、更详细的信息,利用该模型预测返回降落轨迹和着陆落点位置,有助于减小飞船的搜救范围,缩短搜救时间.     

载人飞船返回舱外测高精度弹道计算与落点预报

针对返回舱再入返回过程中外测弹道计算精度低、稳定性差的问题,仿真分析比较了单点定位、滤波方法和动态滑窗处理等多种外弹道计算方法的精度,提出了一种弹道加权融合计算的实时自动弹道优选方法。结果表明：动态滑窗处理方法精度最高,实时自动弹道优选方法可全程获取多测元跟踪条件下的最优弹道;返回舱外测弹道计算精度和稳定性有明显提高,外测弹道落点预报精度可达到百米量级,着陆时间偏差在1 min以内。     

飞船返回舱红外跟踪

提出一种联合大底检测的改进的Mean-Shift（均值移位）算法,将其应用于返回舱红外跟踪。新算法采用非均匀量化加权直方图构造目标特征矢量,以提高目标描述的准确性。为避免跟踪到大底上去,使用＂滑窗式＂大底检测算法实时修正Mean-Shift跟踪坐标。通过对飞船返回实况判读验证,提出的新算法处理速度达到20帧/s以上,并且能够可靠和准确地跟踪返回舱。     

上面级-返回舱分离在线辨识技术研究与实践

对多用途飞船返回舱与上面级未正常分离而造成的落区安全问题,提出上面级与返回舱分离与否的在线辨识方案。首先介绍了在线辨识基本原理,随后给出了基于姿态控制发动机连续推力激励的在线辨识算法,最后进行了数学仿真和飞行试验。在线辨识得到的角速度增量比值(K=2.895 642)与数学仿真结果(K=2.853 954)相符,说明返回舱正常分离,表明在线辨识技术自主、可靠、有效,可为搜索返回舱以及上面级进行第四次点火提供可信依据。     

跨流域空气动力学模拟方法与返回舱再入气动研究

针对回收类航天器(返回舱)再入过程所遇跨流域多尺度非平衡绕流问题,综述基于Boltzmann方程碰撞积分物理分析与可计算建模,构造考虑完全气体、转动非平衡、含振动能激发热力学非平衡效应各流域统一Boltzmann模型方程,及由此建立返回舱再入气动力热绕流问题气体动理论统一算法研究进展与算法检验。作为方法间验证结合,进一步简述了融合再入热化学稀薄气体电离非平衡流动DSMC方法、近连续过渡流区N-S/DSMC耦合算法、经滑移边界修正的N-S方程解算器、低密度风洞实验测试等多种空气动力学模拟手段,建立求解Boltzmann模型方程气体动理论统一算法(GKUA)、DSMC、N-S/DSMC、滑移N-S解算器、低密度风洞实验验证补充,适于返回舱再入从外层空间自由分子流到近地面连续流跨流域空气动力学一体化模拟平台。将此平台用于再入H=110～30km各流域球体、高超声速尖前缘中空柱裙、返回式卫星球锥体、飞船返回舱稀薄过渡流以至近连续流区气动力/热与姿态配平绕流问题计算与实验分析比较,证实统一算法在高稀薄流区,与DSMC吻合很好;在连续流区,与(滑移)N-S解算器相一致;在中间过渡带,与N-S/DSMC耦合算法相容;具有全飞行流域很好的计算一致收敛性。简述了跨流域空气动力学几种模拟手段的适应性特点与展望,揭示了返回舱再入跨流域复杂高超声速流动变化规律。     

基于红外图像的返回舱被动测距

针对飞船返回段光学设备不能测距的问题,提出一种基于红外序列图像处理的返回舱被动测距方法。该方法选择主伞作为测量对象,利用最小外接矩形算法实现主伞轮廓图像测量,然后基于小孔成像理论,建立返回舱被动测距模型。为了减小图像噪声及边缘模糊对测量精度的影响,使用了前站引导数据修正以及距离值分段拟合等手段。实验结果表明,在没有连续云层遮蔽情况下,该方法对返回舱距离测量是可靠的和有效的。     

飞行器RCS控制力矩辨识方法研究

对于依靠RCS(反作用控制系统)进行控制的返回舱等跨大气层飞行器,如何获得其在真实飞行条件下RCS的控制力矩一直是一个难题。本文提出了采用系统辨识技术得到RCS控制力矩的思路,研究建立了基于最大似然准则和牛顿-拉夫逊迭代算法的参数辨识算法模型。仿真辨识及对某飞船返回舱实际飞行数据的辨识结果表明,本文建立的方法是有效的,利用其能够对飞行器的气动力矩和RCS控制力矩同时进行有效辨识。     

Determination of Spacecraft Landing Footprint for Safe Planetary Landing

A methodology is developed based on a ballistic analysis to estimate the landing footprint associated with the powered terminal descent phase of a spacecraft soft landing. The analysis is based on an idealized two-impulse thrust maneuver and leads to an analytical expression for the elliptical boundary of the landing footprint. The objective is to develop a computationally efficient method to estimate the landing footprint for use in an on-board fuzzy-logic based inference engine for real-time hazard avoidance. The inference engine combines an estimate of the landing footprint with information about the safeness of the landing terrain to construct an overall landing site quality index. The landing site quality index is a critical parameter that enables the spacecraft to make intelligent real-time decisions about landing safely on unknown and hazardous terrains. The footprint generated from the ballistic analysis is also compared with the footprint resulting from numerically integrating a representative guidance law.     

飞行器无动力应急着陆域和着陆轨迹设计

针对飞行器动力故障迫降着陆问题,提出一种应急着陆域（ELR）和着陆轨迹设计方法。首先,提出了无动力应急着陆域的概念,即无动力条件下可实现成功着陆的着陆点范围,并分别应用最优控制方法和hp自适应伪谱法对着陆域进行设计和求解;采用理论分析与仿真验证相结合的方法分析应急着陆域的特点以及影响着陆域大小的主要因素,并据此得到求解应急着陆域的简单近似方法。然后,依据所求得的应急着陆域,选择合适位置作为预定着陆点,并应用最优控制方法设计对应的着陆轨迹。仿真结果表明：应急着陆域的建立、分析对快速选择预定着陆点具有重要参考价值;设计的应急着陆轨迹可引导无动力飞行器实现成功着陆。     

民用飞机连续下降技术初探

为了提高民用飞机燃油的经济性和环保性,国外的研究机构提出了连续下降进近程序(CDA),该进近程序能有效减小民用飞机在着陆阶段对地面噪声的影响,减少着陆过程中氮氧化物的排放。介绍了CDA着陆技术的产生背景和国外研究发展情况,并设计了CDA着陆下滑轨迹,同时采用蒙特卡罗方法对飞机着陆过程的轨迹进行仿真。     

软着陆小行星的制导与控制规律研究

提出了一种微小探测器软着陆小行星的制导与控制策略，将软着陆小行星控制分解为速度方向控制和减速控制，为了控制速度方向，给出了一种带有终端控制项的比例导引规律，可以按闭环模式将探测器引向着陆点，并满足垂直下落的终端条件，为了实现无碰撞着陆，给出了一种减速控制规律，通过对理想速度曲线的跟踪，实现软着陆，仿具结果表明，提出的制导与控制策略可以实现探测器在小行星表面垂直软着陆。     

某型民用运输机主起落架连接区结构静力试验

飞机静力试验是飞机试验的重要内容之一,是验证飞机结构强度和静力分析正确性的重要手段。为验证某型民用运输机主起落架连接区结构满足静强度要求,以及有限元计算分析的正确性,在静力试验飞机上进行了主起落架连接区结构静力试验。通过全机有限元模型和细节有限元模型分析计算,进行加载、应力\应变、位移试验数据与有限元计算值的分析对比,计算值与试验数据符合较好。     

Meter-Scale Slopes of Candidate InSight Landing Sites from Point Photoclinometry

Photoclinometry was used to analyze the small-scale roughness of areas within the proposed Mars InSight landing ellipse. The landing ellipse presented in this study is in Elysium Planitia.This study was able to constrain surface slopes on length scales comparable to the HiRISE image resolution (0.25 meters/pixel and coarser). The InSight mission has various engineering constraints that each candidate landing ellipse must satisfy. These constraints indicate that the statistical value of the slopes at one, two, and five meter baselines are an important criterion. This technique estimates surface slopes across large swaths of each image, and builds up slope statistics for the images in the landing ellipse. The slopes I derived for the InSight landing site ellipse in this study are within the small-scale roughness constraints put forth by the InSight project. These results have provided input into the landing hazard assessment process.     

Robot System to Search for Signs of Life on Mars

This describes a robot system that can be used to look for the tell-tale signs of life on Mars. Currently, NASA has satellites in orbit that can identify broad regions to explore in its search for life. NASA also has instruments that can examine samples of Martian soil to see if they contain any indications of biological activity. This leaves the problem of deciding specifically where to look for suitable samples in the large area around a landing site. This also describes a robot system that can rapidly search thousands of square meters around the landing position to find sources of biogenic gas samples that may harbor important clues in the search for extra-terrestrial life.     

Solar cell selection for Mars

The surface of Mars is an environment significantly different from both the surface of the Earth and from orbit. Solar cell performance is the major constraint on the landing site latitude, on science operations, and on how long during each day and during which Mars seasons a spacecraft can operate. This article examines what we know about the environment of Mars and how it affects the selection of solar cells for Mars surface operation     

The ILS Glidepath: New Designs for Severe Sites

A fundamental new theory for the operation of the instrument landing system (ILS) glidepath is presented. Simple new image array designs for use on severe sites are developed from this theory. The new arrays have been thoroughly tested at model scale and on a particularly severe site at Sydney airport. The approach also leads to a simpler setting up procedure which substantially improves performance.     

小型电动无人机深失速回收仿真研究

对几种典型的小型无人机回收方式进行了比较,针对小型电动无人机翼载荷较小的特点,深失速回收方式具有明显优势,并给出了具体的深失速回收方案.通过分析大迎角情况下无人机的动力学模型,推导了在深失速情况下无人机的状态方程,建立了无人机深失速回收仿真模型,并以某型近程电动无人机为对象,在Matlab/Simulink中对深失速模...