长征运载火箭制导方法

对长征系列运载火箭制导方法的发展和当前最新研究成果进行了综述。为满足轨道控制需求,制导方法起步于外干扰补偿制导,历经隐式和显式的摄动制导,逐步过渡到目前的闭环最优制导,并且发展出多个分支。传统迭代制导通过预测最佳入轨点、实时修正剩余飞行时间以及在线轨迹规划等技术,实现了高精度入轨控制;轨道预测修正迭代制导则通过跨飞行段取消位置与速度约束,并补偿对轨道的影响,实现了大推力直接入轨火箭的高精度控制;二次曲线直接制导通过改变程序角形式,增加控制维数,满足了终端姿态约束要求。最后结合我国未来重型运载火箭的任务特点,提出了在不同任务场景下采用统一的制导方法的设想,并以凸优化和联立法作为实现手段讨论了未来的研究重点。     

一种适用于目标圆轨道的空间变轨迭代制导算法研究

迭代制导方法在运载火箭上升段入轨问题中已有成熟应用。本文针对空间变轨任务,提出一种适用于目标轨道为圆轨道情形的,以轨道要素为终端约束的迭代制导方法。在迭代制导方法的基础上,以推力方向矢量为控制量,推导直接以目标圆轨道的轨道要素为终端约束的边界条件,得到一种简单有效、适应大姿态角变化的迭代制导算法。通过仿真验证了改进方法的有效性和较高的入轨精度。     

带有入轨姿态约束的迭代制导算法及应用研究

针对需要满足一定入轨姿态约束的发射任务，研究一种带有入轨姿态角约束的迭代制导算法在运载火箭中的应用。该制导算法在传统迭代制导算法的基础上，将控制姿态角的最优解析表达式，通过二阶近似，展开为与时间相关的二次函数，可以同时满足入轨点速度、位置和姿态角约束。阐述了迭代制导的基本原理，给出带有姿态角约束的迭代制导算法的推导公式。在有相同姿态角约束的条件下，该算法能够保证入轨精度,与传统迭代制导算法相当，且对姿态角约束有较好的控制效果，运载能力损失较少。仿真结果表明，该算法对故障工况及不同姿态角约束具有一定的适应能力。     

自适应预测补偿的迭代制导方法及其应用研究

针对迭代制导完成后入轨参数或终端程序角修正问题,研究一种基于模型参考的自适应预测补偿迭代制导算法在运载火箭上的应用。该算法在经典迭代制导算法的基础上,根据预测的迭代终端程序角和飞行视加速度的参考模型,对关机点参数进行补偿,依据补偿后的终端指标重新规划飞行轨迹,进而得出满足入轨参数或终端程序角偏差修正的制导指令,提升迭代制导对入轨参数偏差或终端程序角的修正能力。此外,阐述了经典迭代制导的基本算法,概括了自适应预测补偿迭代制导算法的基本原理,并以大推力直接入轨、终端程序角大偏差以及满足终端程序角约束为例,给出相应工况的自适应预测补偿的迭代制导算法。仿真结果表明：该算法对入轨参数和终端程序角偏差具有一定的修正能力。     

迭代制导情况下姿态控制系统稳定性分析方法研究

为了提高火箭的入轨精度和轨道适应能力,我国在新一代运载火箭末级中采用了迭代制导技术,俯仰、偏航程序角根据火箭运动状态和目标轨道参数实时变化,目前工程设计中仍按照固定程序角方式开展稳定性分析。本文推导出迭代制导程序角与火箭速度、位置之间的线性关系式,在国内首次提出了迭代制导情况下的稳定性分析方法,并以新一代运载火箭为例进行了实例计算,结果表明此分析方法正确、可行,具有一定的参考价值。     

航天器Halo轨道间转移的滚动时域控制

针对航天器在日/地系统共线平动点附近Halo轨道族之间的轨道转移问题,提出了一种在线实时求解滚动时域控制的新方法。首先采用高效的辛自适应非线性最优控制数值算法,离线规划出航天器在不同Halo轨道之间转移的最优轨迹和最优控制输入。然后提出一种在线实时求解滚动时域控制的新方法,基于已规划好的最优转移轨迹,应用滚动时域控制方法完成航天器在初始入轨偏差下的在线实时制导控制任务。最后的非线性动力学系统数值仿真结果表明:所提出的求解滚动时域控制的方法具有高效率特点,能够在线实时求解航天器在Halo轨道之间转移的制导控制问题,并很快消除初始入轨误差的影响。     

最少燃料消耗的固定推力共面轨道变轨研究

本文研究了推力固定条件下，从圆轨道进入共面圆轨道一次入轨最节省燃料的推力方向控制策略。这类问题都可归结为两点边值问题，对自由初值的选取作了讨论，并采用打靶法迭代求解。计算了从停泊轨道到同步转移道以及两个过地圆轨道之间的最优转移，获得满意的结果。     

迭代制导在运载火箭上的应用研究

迭代制导是直接终端制导，是运载火箭路线自适应制导方法的一种。从20世纪60年代末开始，在运载火箭上得到了广泛的应用。它的主要特点是制导精度高、任务适应性强、箭上飞行软件简单、对地面诸元准备要求相对较低。迭代制导基于火箭自适应制导的基本原理：即对于确定的目标轨道，最优飞行程序是瞬时飞行状态和瞬时视加速度的复杂函数，利用简化形式下最优控制求解的必要条件，对火箭末级的关机时间进行迭代，可以得到一套解析制导方程。基于运载火箭的实际飞行情况，建立了迭代制导的工程计算模型，并结合某型号进行大量的实例计算分析，对迭代制导的制导精度、自适应能力等方面进行研究。     

考虑摄动影响的连续推力轨道修正制导方法研究

为较好地消除在轨空间飞行器的轨道偏差,提出了一种考虑摄动影响的连续推力轨道修正制导方法。将轨道修正问题转换为二体假设条件下的兰伯特变轨问题,求解所需要的速度增量,考虑地球非球形引力、大气阻力、日月引力及太阳光压等摄动因素计算在与该速度增量等效的连续推力作用下空间飞行器的实际位置,利用实际位置与目标位置的偏差构造虚拟目标点,通过迭代计算给出连续推力轨道修正制导指令,空间飞行器接收并执行该指令进行轨道修正。仿真表明该轨道修正制导方法制导精度较高。     

发射圆轨道卫星运载火箭的制导

圆轨道卫星偏心率的一阶偏导数在入轨点不存在,因此,给我们沿用以往的线性偏导数制导理论造成了困难。经过研究简捷地找到了圆轨道卫星偏心率偏差的毕达哥拉斯公式,解决了发射圆轨道卫星制导问题,并给出了通过调整发动机关机时间和末级飞行程序来达到设计时需要的圆轨道的标准指标公式。     

一种非线性最优导弹制导律

以质点飞行器的非线性运动方程为基础，研究了导弹拦截目标问题。运用线化变换理论和线性二次型微分对策理论，导出了导弹和目标的最优控制策略，对导弹最优策略进行了综合分析，给出了一种可以实时实现的最优制导律。并以某型中远程地－空导弹的气动数据和数学模型为基础，进行了全弹道拦截数字仿真，仿真结果表明：该制导律在减少终端脱靶量方面比空间比例导引的效果好。     

一种新型闭路制导方法

为提高大干扰条件下传统摄动制导的精度,提出了一种不同于基于需要速度的新型弹道导弹闭路制导方法。利用最优控制,根据能量消耗最少准则建立一种迭代解法,控制导弹最终状态在零控曲面上某一点关机,之后以惯性飞行即能命中目标。给出了零控曲面的求解模型,以及最优控制迭代解法的步骤、导航计算和关机条件。     

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。     

捷联星光制导仿真方法研究

捷联星光制导方案是把星跟踪器安装在平台基座上，利用星跟踪器和平台框架角的测量信息解算出因初始定位定向误差引起导弹的落点偏差，由末助推控制系统完成弹道修正。有关捷联星光制导方案的地面仿真原理、方法、组成，选星及大气修正计算原则、地球旋转影响在本文中作了论述，并给出仿真原理框图、硬件设备组成和功能、接口要求以及系统工作程序框图。     

吸气式超声速导弹爬升段多约束轨迹优化

针对吸气式超声速导弹飞行过程多约束及强耦合的特性,研究了超声速导弹爬升段的轨迹优化设计问题。考虑吸气式推进系统与气动力、飞行轨迹的耦合,对超声速导弹冲压发动机的性能进行分析,揭示了吸气式发动机推力、静压裕度以及余气系数随飞行状态的变化规律;在考虑过载、动压、终端弹道参数及发动机参数等约束的条件下,建立多约束条件下的轨迹优化模型,提出一种适用于此类飞行器飞行轨迹与推力规律的优化设计方法,并对最小油耗的爬升弹道进行优化设计分析。仿真结果表明,该方法能有效解决吸气式超声速导弹多约束轨迹优化问题,可为吸气式超声速导弹的弹道规划与制导律设计提供参考。     

反舰导弹末端机动与自导段的一体化设计

对反舰导弹的末端机动与自导段弹道之间的配合问题进行了分析。根据自导段攻击目标的要求,改进了反舰导弹的末端机动控制信号。采用加权匹配方法,设计了反舰导弹的复合制导信号。利用复合制导信号成功地控制反舰导弹实现了末端机动与自导段的一体化弹道。仿真结果表明所设计的一体化弹道获得了很高的制导精度,也说明了所设计的复合制导信号是很有效的。     

弹道导弹自由段解算的等高约束解析解

在状态空间摄动法的基础上，提出了求解终端为高度约束的弹道导弹自由段轨迹的方法，导出考虑J2项摄动的运动参数等高偏差解析解，并提出利用已有的等地心距偏差公式近似的思路。和其它解析方法相比，所提方法计算精度高，无须迭代。算例证明：解析方法的计算精度在50米以内，可以满足诸元和制导计算的要求。     

制导工具误差折合的遗传主成分方法

制导工具误差折合是导弹精度评定中的重要问题,传统主成分方法中主要成分选择根据试验弹道环境函数矩阵特征值选择,仅考虑了试验弹道的影响,而在试验弹道中作为主要成分,在全程弹道中并不一定是主要成分。提出了充分考虑试验弹道与全程弹道特点的主成分确定方法,并利用遗传算法确定最佳主成分子集。仿真计算表明,与最小二乘和经典主成分方法相比,遗传主成分算法获得的全程弹道遥外差与落点偏差更接近于真实值。     

基于卫星观测数据的弹道导弹初始状态估计

利用卫星探测数据对大气层外飞行的弹道导弹弹道进行估计。在极大似然估计中,由于卫星探测导弹运动的可观测性较差,使初始点估计变得十分病态,传统的Gauss Newton迭代算法不再适用,而采用较为复杂Levenberg Marquardt算法,分别对单颗卫星和两颗卫星的情况进行了Monte Carlo仿真,得到了各自的归一化残差测量误差(代价函数),结果表明该算法有效。     

BTT—90导弹的一种最优导引规律的设计与分析

本文对BTT-90导弹的一种最优导引规律进行了设计和分析,并将其应用于BTT-90导弹的六自由度弹道仿真计算中,得到了令人满意的结果。仿真计算表明,这种导引规律具有较好的工程实用价值。导引规律由最优控制理论推得,它具有形式简单,物理意义明确的特点。理论质点弹道计算的结果,证明了将这种导引规律应用于BTT导弹的合理性和可实现性。