弹道飞行器自由飞行轨道的解析解法

本文提出了弹道式飞行器自由飞行轨道的解析解法。首先,在一个特殊的非正交的绝对坐标系中建立了运动微分方程,其中考虑了具有一阶扁率系数的地球引力场模型,然后导出运动方程的解析解。其解的精度与所用地球引力场模型的精度是一致的。应用本文给出公式,只需给定发射惯性坐标系或地面发射坐标系中关机点或以后任一点参数,便可解析地求出其后任一点的轨道参数(飞行器在惯性空间中的位置矢量、速度矢量或相对于地球的位置矢量和速度矢量)。并附有若干计算结果,表明解析解法具有较高的精度。     

基于地球扁率红外地平仪测量值修正算法研究

根据对地球扁率引起红外地平仪测量值误差修正算法进行了研究，椭球地球模型矢量投影关系得到了地球扁率修正函数和姿态角计算公式。由于地平穿越点由地球表面方程、地平平面方程和扫描圆锥锥面方程唯一确定，采用了递推方法解算出地平穿越点处的几何量，所得结果通过扁率修正函数对姿态角进行实时修正。所提算法简单，易于星载计算机在线实现，仿真算例验证了该方法的有效性。     

多目标进化算法在航天器转移轨道中途修正中的应用

理论上只要根据初始轨道转移点和目标轨道进入点的信息,计算并产生转移所需速度增量,就可以完成航天器的轨道转移.但是由于误差的影响,需要在转移轨道飞行中进行中途修正,修正时刻的选择决定了入轨精度和燃料消耗.本文选择二次修正策略,设计了一种多目标进化算法,以Pareto秩和小生境参数共享函数计算个体适应度,采用共享函数选择法、自适应变异法进行遗传操作.同时构造外部种群储存Pareto最优解,并引入最优解集边界值以加快算法收敛至非劣解集前端的速度.通过仿真验证,该算法能够较完整地得到中途修正时机问题的Pareto最优解集,且分布均匀,满足工程实际的需要.     

基于参数优化的脉冲轨道设计

基于参数优化设计了一种可处理各类脉冲轨道优化的一般方法,并给出了两种确定最优脉冲数的方法。以脉冲矢量与脉冲施加时刻为未知参数,将脉冲轨道优化设计转为非线性参数优化,用合适的非线性规划算法求解。主矢量理论对所得解最优性的验证表明该方法可行。     

基于顺序约束的命中概率多批次试验统计评定方法

针对多批次试验中由技术状态改进所带来的异总体统计问题,研究了顺序约束条件下的命中概率指标统计评定方法。首先在X\|Y向不相关情况下,将命中概率指标归结为X向和Y向的准确度和密集度参数的估计。然后根据多批次试验规律,建立各个参数之间的顺序约束关系,基于Bayes方法获得验后分布密度核函数,并采用MCMC（Markov Chain Monte Carlo）方法获得各参数的验后抽样分布,进而获得命中概率指标的抽样分布,以此计算命中概率的期望和置信限。此外,针对运动目标或末端机动的情况,分析了X\|Y向相关情况下的命中概率指标计算方法。通过正交变换实现去相关处理,并在命中概率计算中引入旋转角度参数,从而解决运动目标情况下的多批次命中概率计算。最后,通过实例进行了验证,所得命中概率值优于传统方法所获得的统计结果,表明该方法对多批次试验具有良好的适应性和工程推广价值。
     

根据两颗导航星信息估计捷联惯导系统误差的一种方法

针对高机动短时间飞行的飞行器,介绍了一种根据它相对2颗导航卫星的伪距离和伪速度信息,估计捷联惯导系统定位和定速度误差的方法.考虑到由确定飞行器相对每颗星的径向距离和速度的非线性方程施加的约束,根据这些误差矢量长度最小值的条件确定误差值.用空间解析几何法得出了计算捷联惯导系统误差估值的最终算法,这种算法能给出非线性最小值问题的精确解.     

重复使用空间运输系统轨道器的导航

空间运输系统轨道器的导航状态矢量的计算分两步进行:外推状态矢量(即对运动方程积分)和根据导航信息传感器的测量结果来修正该矢量.轨道器在发射段的导航完全用惯性测量器来实现.轨道器的位置和速度用惯性直角坐标系来确定.用导航滤波器来实现惯性测量数据与外部导航信息传感器数据的统一,而导航滤波器可以三路体制或单路体制工作.对发射入轨段、轨道飞行段、再入和着陆段的导航作了详细的叙述.     

弹道导弹显式制导的分析与研究

弹道导弹的制导方法是影响弹道导弹命中精度的关键因素。本文对此进行了深入研究。文章首先分析了影响制导精度和速度的原因。在此基础上，提出了一种基于神经网络的显式制导方法，这种方法利用神经网络进行弹道约束函数的解算，利用微分控制算法进行控制量求解，具有较好的应用价值，文中算例验证了算法的有效性。     

一种天基反卫星武器远程变轨方法研究

从Lambert变轨问题的Gauss描述出发,利用过渡时间和普适变量之间的函数关系提出了一种适用于天基反卫星武器远程导引的求解算法,并且该算法能够对能量和过渡时间进行优化,满足武器系统的应用要求。利用该算法进一步考虑初始时刻反卫星武器与目标卫星的位置关系和变轨消耗能量之间的关系,同时给出了发射窗口的求解算法。     

基于龙格库塔法的预测闭路制导方法研究

交会飞行器是要求以一定速度与运动目标交会的飞行器.其运载器的制导任务就是将交会飞行器运送到空间某一特定区域并使之达到期望速度矢量.但是由于干扰力的存在,以及实际物理系统对目标导引量的时延性以及各种误差的影响将造成很大的脱靶量.为此,本文给出了预测闭路制导方法.根据运载器的实时飞行状态和目标的运行参数,通过龙格库塔法对命中点进行预测,在此基础上完成需要速度的确定.经数学仿真验证本文的方法具有很高的制导精度.保证了交会飞行器和所要攻击的目标在同一时刻到达同一位置.     

一种适用于攻击地面固定目标的最优再入机动制导律

本文运用飞行力学原理和现代控制理论，对攻击地面固定目标的飞行器的再入机动制导方法进行了研究。在考虑飞行器命中目标时有落地速度和速度角要求的条件下，推导出了一种适用于攻击地面固定目标的最优再入机动导引律。并通过模拟计算分析论证了该制导规律的正确性。     

基于转移时间约束的异面圆锥曲线变轨算法

在圆锥曲线转移轨道Lagrange方程的基础上,分析了双曲线和多圈飞行椭圆轨道的转移时间与半长轴的几何关系,以及椭圆转移问题的虚焦点位置对长程、短程轨道的约束.给出了一种与初始速度方向相关的转移角定义,以及一种基于Lagrange方程的圆锥曲线变轨计算方法,随后提出了一种以半长轴为迭代变量的变轨算法.通过异面椭圆和双曲线转移两个实例,验证了该算法与Vaughan算法具有相同结果,并具有明确的几何意义.     

航天器相对运动水滴型悬停轨道研究

对航天器相对运动的C-W方程进行了分析,提出了航天器相对运动轨道设计中的一种水滴型悬停轨道,能够实现航天器相对空间目标在一定范围内进行悬停,并且只需使用脉冲速度增量控制即可实现长时间的悬停。文章对悬停轨道的悬停周期与目标航天器轨道参数和悬停位置的关系,以及悬停控制所需的速度增量ΔV进行了分析,给出了进行悬停轨道选择及设计的工程方法,并对C-W方程的状态转移矩阵进行了推导,得到了由常规的后方伴飞轨道使用脉冲速度控制方案进入目标星正下方的悬停位置的初始速度增量、转移时间及末端速度增量。根据分析结果,水滴型悬停轨道有利于工程实现,其设计方法可以应用于航天器在轨服务、侦察、巡视等任务的轨道设计。     

含无序量测的多传感器目标跟踪滤波算法

由于通信链路的随机时间延迟和星上传感器测量的预处理时间的不同等因素,导致在目标飞行器的测量中产生无序量测现象。为解决该问题,提出了一种基于扩展卡尔曼滤波的前向预测多步滞后无序量测处理算法。该算法首先采用扩展卡尔曼滤波算法估算出目标飞行器的状态方程和协方差方程,然后在滤波过程中利用前向滤波更新的方法,将协方差方程更新结果去相关后,累积到当前协方差方程滤波结果中,从而有效解决了目标飞行器测量中的无序量测问题。最后,将该算法与扩展卡尔曼滤波算法、丢弃算法进行了对比仿真。仿真结果表明,采用该算法处理目标飞行器的位置和飞行速度,得到的测量误差较小,在整个观测时间内,测量误差的收敛性较好,能够实现对目标飞行器的精确测量和跟踪。     

基于二阶滑模控制的驾束制导导弹一体化制导系统设计

针对驾束制导导弹,运用超扭曲二阶滑模控制理论,提出了一种一体化制导控制算法。通过充分考虑目标不确定因素以及控制回路未建模状态,建立了一体化制导控制回路的四阶状态方程。运用该状态方程的转移矩阵,重新定义了零能脱靶量(ZEM),使其不再需要估计剩余时间,并将此作为滑模切换面,设计了一体化超扭曲二阶滑模制导律。通过对目标的拦截仿真,结果表明制导线偏差可在有限时间内收敛到零,从而验证了选择新定义的ZEM作为制导律的滑模切换面是有效的。数字仿真结果也表明了该一体化设计方法明显优于不考虑控制回路的传统制导律设计方法。     

考虑时间约束的无人飞行器航迹规划

在分析时间误差分配的基础上,本文提出了一种考虑时间约束的航迹规划方法.该方法对传统的航迹结构进行了改进,通过速度调整策略和在代价函数中加入时间约束驱使算法找到使到达目标点时间误差尽可能小的航迹.同时,分别研究了起飞时间误差,速度调节能力及飞行速度误差三个因素对到达目标点时间误差的不同影响.     

自适应控制方法的直接命中目标本体的平行接近制导律

本文在最少量测条件下采用视线角速度ｑ趋于零的指标函数和低阶等效辨识模型与快速自适应控制方法实现了战术导弹的平行接近制导律。这种最优制导律可以实现直接命中目标本体，实现一弹多用，可以用于反导弹的控制。能使制导装置简化并使其尺寸和重量减小，算法简单易于工程使用。经过大量数学和半实物仿真试验表明，上述成果可应用于实际工程当中。     

基于机动平台序列图像的空间飞行器定轨技术研究

针对机动观测平台单目光学成像系统的特点,在不能测定目标飞行器位置和速度的前提下,通过对成像系统与空间飞行器空间关系的分析,提出了视平均运动角速度与真平均运动角速度的概念,并构建了关于二者的约束方程,实现了基于测角数据的观测斜距的估计,从而解算出定轨所需的初始状态参数。基于观测斜距估计的轨道确定方法把对空间飞行器的定轨问题,归结为根据图像序列计算目标测角和根据测角数据确定观测斜距,解决了利用空间单目光学成像数据的定轨问题,并以高轨卫星为实例对定轨精度进行了仿真验证。     

声腔深度和相对开口面积的确定

根据二维声腔模型的声学试验结果和四分之一波管的理论公式,给出了直孔(槽)声腔和四种有进口肋声腔的有效深度计算公式。用该公式对几个推力室进行验算,得到可借鉴的声速比数值范围。依据设置声腔的二十多个推力室的稳定性鉴定试验数据,统计得到声腔相对开口面积的经验公式。     

非线性相对运动的飞行器碰撞概率研究

发展了一种非线性相对运动情况下的飞行器碰撞概率描述和计算方法。采用拟最大瞬时碰撞概率和总碰撞概率两个主要指标来定量描述飞行器碰撞的危险性，并针对这两个指标发展了相应的计算方法。对于拟最大瞬时碰撞概率的计算，首先需要在相对轨迹上寻找最小相对距离或最大概率密度的点，然后在这个点上计算拟最大瞬时碰撞概率。对于总碰撞概率的计算，由于总碰撞概率的增量可以表示成一个时间的函数，因此总碰撞概率的计算就是一个在时间域上的积分。所建立的这种描述和计算方法适用于相对速度和误差协方差矩阵随时间任意变化的情况。数值算例表明所提出的指标比单纯采用总碰撞概率能够更好的描述飞行器的碰撞危险性，并且碰撞概率的计算方法和线性相对运动情况下的计算方法是兼容的。