空间快速响应航天器轨道/弹道一体化规划

以空间应急响应任务为背景,采用轨道/弹道一体化规划设计方法,实现空间快速响应航天器全程飞行轨迹规划。在分析弹道设计参数对轨道参数影响性的基础上,将弹道规划分为程序角参数设计和发射诸元参数设计,采用改进的粒子群算法和牛顿迭代法进行混合优化求解。算例表明,使用混合优化求解方法收敛速度快,迭代次数少,易于工程实现,能满足一体化任务规划的快速性要求,可为空间快速响应航天器设计提供理论参考。     

快速响应太阳同步轨道/发射窗口一体规划

在定点发射条件下,针对中国目标区域的典型任务,研究了快速响应太阳同步轨道及发射窗口的一体规划方法。基于固定的火箭飞行地心角和飞行时间,根据发射点和目标点位置关系,通过球面几何原理,提出了快速响应太阳同步轨道及发射窗口的解析规划方法。针对具体任务,得到了快速响应太阳同步轨道和发射窗口的规划结果,并通过STK仿真进行了验证,证明了规划方法的可行性、实用性,对空间快速响应轨道规划具有借鉴意义。     

动态无线能量传输系统参数化设计与优化

无线能量传输技术以其操作方便快捷、适应快速更换及维修、减少机动作业无缆影响、可快速扩展、大幅减小设备电池质量、无触电危险、极限环境适应性强等特点被广泛应用于各领域。针对给定输入和约束,要求对动态无线能量传输系统的耦合机构尺寸和电路参数进行充分优化设计以满足一定输出功率效率的需求。经过前期对电路和耦合机构磁路的理论及仿真研究,得到了系统各参数变化时将导致系统输出特性随之如何变化的理论依据。基于此,建立了动态无线能量传输系统的参数化设计模型,并进行优化设计流程及步骤,以最简化的计算流程和最少的工作量,实现了动态无线能量传输系统的发射轨道和电路的参数化设计。该研究将对动态无线能量传输系统的多目标多参数化自动最优化设计具有重要的指导意义。     

基于物理规划的固体运载火箭多学科设计优化

固体运载火箭设计属于典型的多学科设计问题,为提高同体运载火箭设计水平和缩短研制周期,提出了基于物理规划的固体运载火箭多学科设计优化方法.建立了固体运载火箭多学科系统分析模型,以卫星轨道设计计算得到的运载火箭关机点参数和最小火箭起飞质量为设计准则.采用物理规划方法构造系统级火箭总体设计优化模型,以发动机总体性能指标为设计准则,采用物理规划方法构造子系统级发动机设计优化模型.通过系统级总体设计优化和并行的子系统级发动机设计优化的嵌套循环,得到满足火箭运载能力的各级固体发动机最优设计结果,即得到内外弹道相匹配的发动机最优推力-时间曲线.     

基于决策更新的多级火箭弹道重规划技术研究

火箭飞行中出现异常状态时,需要对任务弹道进行重新规划,弹道重规划包括任务决策和轨迹规划2部分内容。设计决策等级以确定任务目标,结合目标轨道根数的约束情况,采用自适应伪谱法规划出满足要求的飞行弹道。通过提高约束条件和求解精度实现决策更新,获得更高决策等级的高精度优化解。仿真结果表明,当火箭出现飞行偏差时,这种方案可以快速完成弹道重规划任务,对异常飞行状态实现一定程度的补救挽回。     

导弹弹道有理Bezier曲线造型与优化方法

为有效克服传统弹道优化方法解的收敛性和全局最优性受搜索算法和初始猜测等影响大的问题,提出了基于有理Bezier曲线的弹道造型与优化计算方法。根据边界条件用光滑且只含少量自由参数的有理Bezier曲线形成参数化弹道,采用逆动力学方法计算导弹攻角、速度等变量及参数化弹道性能指标,通过对自由参数寻优得到最优弹道。这种方法将连续的弹道优化问题转换为对很少自由参数的参数优化问题。与传统方法相比,该方法无需求解2点边值问题,不对导弹运动方程组进行离散化,因而鲁棒性强且解的全局最优性和光滑性好。仿真结果及与自适应伪谱法的比较验证了该方法的实用性和有效性。     

基于多圆锥曲线法的着陆器奔月轨道设计与特性分析

针对载人登月任务中人货分运飞行模式，精确快速设计了着陆器(LM)的奔月轨道，分析了轨道窗口特性。以着陆器的奔月出发时刻、纬度幅角和加速脉冲为设计变量，基于多圆锥曲线法动力学模型，利用序列二次规划（SQP）优化算法对奔月轨道快速求解。在地心白道系下提出了近月点伪经度判别准则，该方法可为轨道设计参数初值提供正确参考。最后以伪倾角为窗口特性分析参数，发现了近月点窗口、近地点出发位置的变化规律。仿真结果表明，本文提出的伪经度搜索方法能够快速求解着陆器地月转移轨道，同时揭示了环月到达轨道(LLO)与近地出发轨道(LEO)之间的内在联系，研究结论可为未来载人登月工程提供借鉴。     

基于应急任务的快速进入近地轨道设计及应用

分析了快速进入近地轨道特点及其星下点轨迹特性,并通过星下点轨迹特性反算快速进入近地轨道根参数。提出了J2摄动影响下快速进入近地轨道回归轨道设计方法。STK仿真验证了该设计方法的正确性。     

空间拦截轨道快速规划研究

基于冲量变轨理论,针对追踪器通过一次变轨机动对目标的拦截,以普适变量法进行快速轨道规划,给出轨道规划算法及流程.仿真结果表明:该法可快速确定追踪区,并得到最小燃耗对应的变轨点,方法简单,易于实现.     

机动发射弹道导弹集群诸元快速规划

针对机动发射条件下弹道导弹集群的飞行诸元快速规划问题，将神经网络预测与最小二乘优化相结合，提出了一种弹道导弹发射诸元快速规划方法。首先分析了弹道导弹助推段飞行策略并选取适当的发射诸元，以发落点信息为输入，设计双隐藏层诸元预测网络，通过弹道仿真获取弹道数据建立数据集完成网络训练，利用该网络可以得到发射诸元迭代初值。在此基础上，为了消除数据集中样本数据不平衡对发射诸元规划精度的影响，以落点射程、横程、高程偏差最小为指标函数，结合最小二乘优化方法进行迭代获得发射诸元精确解。最后在典型发射场景下，进行了弹道导弹集群机动快速发射仿真验证。结果表明，该方法相较于传统方法可显著提高计算速度与精度，且在给定的大范围机动条件下，能够满足弹道导弹集群对远距离、多目标的快速精确打击。     

考虑火箭约束的深空探测弹轨道拼接模型

针对深空探测任务轨迹规划中对于运载火箭弹道约束考虑不足、弹轨道拼接设计效率低的现状,建立了考虑运载火箭射向和末级滑行时间约束的弹轨道拼接计算模型,在无引力摄动假设下得到了任意深空出发速度条件下的运载火箭射向和末级滑行时间计算公式。利用该模型分析了弹轨道可成功拼接的集合范围随深空出发速度、发射场地理位置、火箭射向和滑行时间约束范围的变化规律。提出深空出发"赤纬-发射能量"(δ-C3)图方法,可在图上表示指定型号运载火箭深空发射能力可行域,结合深空轨道转移Pork-Chop图方法,可以快速判断该型运载火箭是否适用于特定深空发射任务。依据这一方法,提出了对我国未来深空探测运载火箭射向和末级滑行时间的能力需求。     

固体火箭发动机随机药柱结构分析参数的灵敏度研究

基于粘弹性随机有限元法(VSFEM)和多项式回归模型,分析了固体火箭发动机药柱结构的随机参数灵敏度。首先以近似不可压缩粘弹性有限元法为基础,结合Latin超立方抽样(LHS)技术获取多组输入、输出随机变量,然后采用多项式回归模型表示输入、输出随机变量之间的函数关系,利用最小二乘法估计多项式的各项系数,进而通过随机响应的显式表达式对药柱结构随机参数灵敏度进行了分析。所得结论可为固体火箭发动机工程设计提供参考。     

运载火箭推力故障下基于智能决策的在线轨迹重规划方法

为了提高运载火箭上升段飞行中推力故障下轨迹重规划的计算效率,提出了一种基于智能决策的在线轨迹重规划方法,将原问题转化为最优救援轨道的在线智能决策和成熟的燃料最优轨迹规划问题进行求解。通过离线求解不同故障状态对应的轨迹重规划问题,建立"故障状态-救援轨道"样本集,基于径向基神经网络建立最优救援轨道的决策模型,并将决策模型装订箭上。在实际飞行中以当前故障状态作为输入,利用决策模型可在线快速决策出最优救援轨道根数,进而求解以救援轨道为目标轨道的燃料最优轨迹规划问题,从而完成推力故障下的在线轨迹重规划。数值仿真表明,与直接求解轨迹重规划问题相比,该方法的计算效率提高了两个数量级以上,同时给出一致的最优救援轨迹。     

弹道跟踪系统的数据融合

本文应用近代时序分析方法、样条函数和非线性回归分析理论，研究了弹道参数、系统误差及测量随机误差统计特性参数的联合估计问题，给出了各类参数的高精度估计。理论分析和仿真计算表明：本文所建的模型准确，参数估计方法精度高，应用本文方法能明显提高弹道跟踪数据质量。     

基于需要轨道的导弹最优迭代制导方法

提出了一种基于需要轨道的导弹最优迭代制导方法,以标准弹道上某点建立需要轨道并确定入轨点参数,通过弹上迭代制导实现最优入轨控制,给出了计算模型。该制导方法无需修正地球扁率和再入阻力的影响,可减小方法误差。仿真计算结果证明方法正确。     

基于普适变量法的火星探测器轨道初步设计及仿真

对基于普适变量的火星探测器轨道初步设计进行了研究。设计了地火转移轨道段、地球逃逸轨道段,以及基于B平面法的中途修正方法。绘制了2013年火星探测发射和到达能量等高图,将得到地火转移轨道的初始参数输入STK软件获得了空间真实摄动环境中的火星探测轨道。     

某型飞行器气动参数辨识与弹道仿真

以某型飞行器为例,运用气动参数建模分析的手段,建立典型空气动力学模型。将传统的模型辨识方法与现代计算机技术相结合,对气动力辨识输入参数进行了分析,采用迭代算法得出辨识参数,并对观测量和物理几何参数误差影响辨识精度进行了分析,选用某型飞行器现有试验测量数据作为输入量,进行气动参数辨识,将辨识得到的气动参数进行了仿真验证。利用辨识得到的气动参数仿真计算的弹道与试验结果吻合度较高,说明气动参数辨识可行。     

运载火箭自适应制导及在线轨迹重构方法研究

结合我国运载火箭发展，梳理了传统制导方法的工程应用历程;针对故障适应性和自主化需求，分析了基于在线轨迹规划的制导方法发展概况。基于伪谱离散和凸优化理论，提出一套适应不同目标轨道的弹道轨道联合在线重构算法框架，并利用在线重构设计一种运载火箭故障导致推力不足后的自适应制导算法，通过数值实验和嵌入式测试，验证了在线重构算法和自适应制导方法的正确性、有效性。     

一种基于标准弹道点的制导方法

提出了一种基于标准弹道点的制导方法,以标准弹道的某点为虚拟目标进行需要速度计算及制导,无需修正地球扁率和再入阻力的影响.给出了需要椭圆轨道与需要速度的确定,以及导引与关机控制模型.以某导弹弹道为标准弹道,计算了多种干扰条件下的方法误差.结果表明:其方法误差较小.     

基于粒子群的非规则区域连续覆盖星座设计

针对非规则区域连续覆盖问题,采用回归轨道的共星下点轨迹星座方案,提出基于粒子群算法(PSO)求解单颗卫星轨道参数、解析法求解星座轨道参数的方法。首先,建立了回归轨道区域覆盖模型;其次,以非规则区域覆盖范围最大为性能指标,基于粒子群算法求解单颗卫星轨道参数;最后,根据共星下点轨迹星座约束关系,解析求解星座轨道参数。仿真表明,该方法可实现非规则区域100%的连续覆盖,星座轨道参数求解在5s以内,具有较好的工程应用价值。