有终点交会角要求的拦截弹拦截导引设计

针对终点处交会角固定的拦截导引问题,基于前人得到的需用速度公式,提出了通过迭代飞行时间来确定能满足交会角要求的需用速度,并在飞行过程中不断修正实际速度使其与需用速度一致的方法.该方法直观、可靠并能满足时空一致性的要求,最后通过仿真验证了其有效性.     

基于混合粒子群算法的上升段交会弹道快速优化设计

基于梯度搜索的高效性和粒子群搜索的随机性,提出了一种混合粒子群算法,并应用该算法研究了运载火箭上升段交会弹道快速优化设计问题.以运载火箭与目标飞行器在交会时刻的距离最小为目标函数,设计了运载火箭飞行程序,建立了运载火箭上升段交会弹道优化模型,同时分别采用混合粒子群算法、遗传算法和粒子群算法进行求解.仿真结果表明:基于本文算法对运载火箭上升段交会弹道进行优化设计,平均交会位置误差为4.137m,较遗传算法减少了17.940m,平均优化耗时488.922s,较粒子群算法缩短了2342.125s.混合粒子群算法搜索速度较快,收敛精度较高,可用于运载火箭上升段交会弹道的快速优化设计.      

ATV、HTV与ISS交会对接技术分析

简要介绍了自动转移飞行器(ATV)和HII转移飞行器(HTV)总体参数、结构组成、与国际空间站(ISS)交会程序和飞行任务概况,总结了飞行任务规划和程序设计特点,分析了ATV和HTV交会对接试验验证、交会对接任务安全性和可靠性设计、应急程序设计等方面的规律与启示。     

基于CADET的弹道交会误差变化规律分析

运载器弹道与预测命中点之间的交会误差是拦截器分离点误差引起的。分离点的位置误差、速度误差对于弹道交会误差的影响,既取决于其本身的大小,也取决于分离点到达预测命中点的时间。依据分离点误差推算弹道飞行的误差变化规律,是进行运载器制导控制系统分析与误差分配的前提条件。本文通过采用协方差分析描述函数法,对弹道误差变化规律进行了有效分析。仿真结果证明了这种方法的有效性。     

交会对接任务轨道控制规划设计与实施

针对我国空间交会对接轨道控制规划技术,研究了轨道交会优化、应急轨道控制、安全轨道防护和发射窗口规划等一系列关键问题。设计了全寿命周期交会对接任务轨道控制规划方案,从目标飞行器发射到飞船返回,对轨道控制进行了全程协同、全局优化。设计了相位、高度、圆化度多目标融合控制算法;建立了规划变量对远距离导引终点六自由度的独立控制方程;设计了标称整体规划与动态逐级规划相结合的多模式规划策略;基于导引终点整体调整和局部调整的方式,实现了正常和应急条件下天地导引交接点的动态规划;提出了基于飞行控制过程建模的导引终点精度分析方法,确定了地面导引向自主导引切换的关键判据;建立了多约束交会对接发射窗口模型,构建了多任务多年度发射窗口集合。交会对接轨道控制规划技术成功应用于神舟八号、神舟九号和神舟十号交会对接任务。     

自动运输飞行器与国际空间站交会

20 0 4年 ,自动运输飞行器 (ATV)将由阿里亚娜 5号发射升空。发射 5天后 ,ATV与国际空间站进行自动交会、对接。发射时的总重量为 2 0 .5t,将携带最多 9t的补给、有效载荷、宇航员用品以及推进剂。ATV将在轨运行 6个月 ;在轨期间 ,ATV也为空间站提供助推与姿态控制。返回时 ,ATV将装载最多 5 .5t的废弃物 (其中包括 840kg的液体垃圾 ) ,再入大气层时焚毁。在许多方面 ,ATV的首次飞行 (代号为“儒勒·凡尔纳”)将创造欧洲历史上的几个第一 :欧洲航天器第一次进行交会、对接 ;几个第一使用光学传感器与空间站进行自动交会 ;目标的姿态…     

交会对接任务碰撞规避策略制定研究

针对交会对接任务目标飞行器与追踪器轨道运行特性,综合考虑规避策略计算方法与工程实际相结合的问题,提出高度规避、时间规避以及与正常轨控相结合的碰撞规避策略计算方法等三种空间目标碰撞规避策略计算方法。高度规避计算方法采用了Lambert飞行原理,用简化二体开普勒模型取代高精度轨道预报方法,迭代求解规避机动速度增量,实现了通过约束过交点与目标径向距离差得到速度增量的最优解;时间规避计算方法通过轨道周期与速度增量的关系,实现了通过约束过交点与目标的时间差得到速度增量的最优解;与正常轨控相结合的碰撞规避策略计算方法,在正常控制考虑冗余控制量的基础上,对控制策略的控制开始时间或沿迹方向的速度增量进行较小的修正,使两者通过碰撞点的时刻或径向距离错开,达到碰撞规避的目的,该方法不仅可以节省燃料、而且对任务的影响较小。通过对三种空间目标碰撞规避策略计算方法仿真分析结果表明,完全适用于交会对接任务,可为我国载人航天任务飞行安全提供技术保障。     

交会对接任务轨道控制规划设计与实施简

针对我国空间交会对接轨道控制规划技术,研究了轨道交会优化、应急轨道控制、安全轨道防护和发射窗口规划等一系列关键问题.设计了全寿命周期交会对接任务轨道控制规划方案,从目标飞行器发射到飞船返回,对轨道控制进行了全程协同、全局优化.设计了相位、高度、圆化度多目标融合控制算法;建立了规划变量对远距离导引终点六自由度的独立控制方程;设计了标称整体规划与动态逐级规划相结合的多模式规划策略;基于导引终点整体调整和局部调整的方式,实现了正常和应急条件下天地导引交接点的动态规划;提出了基于飞行控制过程建模的导引终点精度分析方法,确定了地面导引向自主导引切换的关键判据;建立了多约束交会对接发射窗口模型,构建了多任务多年度发射窗口集合.交会对接轨道控制规划技术成功应用于神舟八号、神舟九号和神舟十号交会对接任务.     

交会对接任务碰撞规避策略制定研究简

针对交会对接任务目标飞行器与追踪器轨道运行特性,综合考虑规避策略计算方法与工程实际相结合的问题,提出高度规避、时间规避以及与正常轨控相结合的碰撞规避策略计算方法等三种空间目标碰撞规避策略计算方法.高度规避计算方法采用了Lambert飞行原理,用简化二体开普勒模型取代高精度轨道预报方法,迭代求解规避机动速度增量,实现了通过约束过交点与目标径向距离差得到速度增量的最优解;时间规避计算方法通过轨道周期与速度增量的关系,实现了通过约束过交点与目标的时间差得到速度增量的最优解;与正常轨控相结合的碰撞规避策略计算方法,在正常控制考虑冗余控制量的基础上,对控制策略的控制开始时间或沿迹方向的速度增量进行较小的修正,使两者通过碰撞点的时刻或径向距离错开,达到碰撞规避的目的,该方法不仅可以节省燃料、而且对任务的影响较小.通过对三种空间目标碰撞规避策略计算方法仿真分析结果表明,完全适用于交会对接任务,可为我国载人航天任务飞行安全提供技术保障.     

空间站舱内飞行器总体设计及试验方案研究

针对我国对能在空间站内部运动、完成飞行试验与在轨服务任务的舱内飞行器的研制需求,设计了一种舱内飞行器总体方案,提出了关键指标要求及子系统层级的舱内飞行器实现方案。在此基础上,对飞行器各系统包括结构、电源、综合电子、通信、GNC等进行了设计与校核。最后,对舱内飞行器的在轨算法试验和地面测试仿真方案进行了分析与设计。方案可行性通过舱内自主交会数值仿真得到了验证。     

无人机空中加油自主会合的制导与控制

针对无人机空中加油的自主会合问题,进行了相应制导律和非线性控制器的设计。通过改进的带角度约束的三维比例制导律实现对航向角的控制,以协调转弯的方式将航迹角指令转化为姿态角指令。基于无人机六自由度的动力学模型,针对无人机的姿态控制,采用时标分离的方法设计了慢子系统和快子系统,并对这两个子系统分别进行动态逆控制设计。同时,基于滑模控制的方法设计了满足自主会合要求的速度控制律。在保证无人机飞行稳定的基础上,实现了对控制和制导指令的精确跟踪。仿真结果表明,所设计的制导律和控制律能够实现无人机空中加油的自主会合,具有良好的动态特性。     

A guidance law for UAV autonomous aerial refueling based on the iterative computation method

The rendezvous and formation problem is a significant part for the unmanned aerial vehicle（UAV） autonomous aerial refueling（AAR） technique. It can be divided into two major phases： the long-range guidance phase and the formation phase. In this paper, an iterative computation guidance law（ICGL） is proposed to compute a series of state variables to get the solution of a control variable for a UAV conducting rendezvous with a tanker in AAR. The proposed method can make the control variable converge to zero when the tanker and the UAV receiver come to a formation flight eventually. For the long-range guidance phase, the ICGL divides it into two sub-phases： the correction sub-phase and the guidance sub-phase. The two sub-phases share the same iterative process. As for the formation phase, a velocity coordinate system is created by which control accelerations are designed to make the speed of the UAV consistent with that of the tanker.The simulation results demonstrate that the proposed ICGL is effective and robust against wind disturbance.     

技术成熟度评价方法及其在交会对接任务中的应用

介绍了技术成熟度等级和评价的概念,简述了技术成熟度评价在国外航天工程中的应用情况,提出了航天工程技术成熟度评价标准,包括开展技术成熟度评价的目的、技术成熟度的详细定义及其内涵,并以技术成熟度等级五级为例,给出了具有可操作性的评价细则以及实施要点,通过交会对接任务中运载火箭评价应用实例对技术成熟度评价的应用进行了说明。     

多自主翼伞系统建模及其集结控制

当前对翼伞系统的研究主要集中在单个翼伞,但实际空投中一般需要使用多个翼伞,才能完成大量物资、装备的空投补给任务,而多个翼伞同时空投时,将会出现翼伞需要集结、相互间需要避免碰撞等在单翼伞空投时不存在的问题。现有的单翼伞系统已能通过GPS/惯导系统及其他板载传感器实现自主飞行,针对多个自主翼伞的空投任务设计算法,以控制下降翼伞之间的相互运动,实现多翼伞系统的集结和避碰。首先以质点模型为起点,通过引入新的独立变量,并将翼伞运动转换至风固定坐标系,使得单个翼伞质点模型降维为非线性降阶模型,进而得到多自主翼伞模型,在此基础上提出了一种集结控制算法,利用每个翼伞自身的状态信息和相邻翼伞的状态信息,采用势场法使得多翼伞实现集结并避免碰撞,最后一致地降落至地面。仿真结果表明多个自主翼伞实现了集结,减小了翼伞的着陆散布,降低了翼伞之间的碰撞风险,验证了该方法的有效性,可以为进一步研究多自主翼伞协同控制提供理论参考。     

基于SDRE方法的空间飞行器轨道交会状态估计

针对空间飞行器自主交会对接的最终逼近阶段,采用雷达作为相对测量设备,建立了目标飞行器轨道坐标系下的相对运动方程以及基于星载雷达的测量模型;运用基于状态相关黎卡提方程(SDRE)的方法设计滤波器,对目标飞行器运动状态进行估计,给出了状态相关黎卡提方程的数值解法,通过具体仿真算例分析了所设计滤波器的性能,并与扩展卡尔曼滤波器进行了比较,结果表明所提出的滤波器模型具有更高的相对状态确定精度.     

Accurate and autonomous navigation for the ATV

The Automated Transfer Vehicle (ATV) is a European spacecraft intended to service the International Space Station (ISS). It is designed to perform automated phasing, approach, rendezvous and docking to the ISS, then departure and deorbitation manoeuvres. Such an automated rendezvous mission towards a manned facility raises severe performance and safety constraints for the vehicle, which are declined towards the on-board Navigation in terms of availability, accuracy and failure tolerance: the ATV shall be operational after any first failure and safe conditions shall be reached after a second failure. The whole ATV navigation system has been designed to fulfil these very stringent requirements. Based on fully redundant hardware, the navigation algorithms present optimal estimators and multi-layers Failure, Detection, Isolation and Recovery (FDIR) capabilities to ensure the continuity of the state vector in case of failure. Several functions provide state vectors estimations and health reports, according to the flight phase: the attitude and drift estimation function provides the vehicle absolute attitude and angular rate during the whole flight; for the far rendezvous, position and velocity relative to the ISS are estimated by the relative GPS navigation and a dedicated relative navigation with Videometer applies in close rendezvous, in the final approach. All these autonomous navigation functions offer nevertheless a high level of monitoring and control to the ATV Control Centre operators. Thus the ATV innovative navigation chain provides the high level of performance, robustness and autonomy required by modern spacecrafts involved in human programs, today in Earth orbit but also for future space exploration missions.