基于间接伴随法的大气层内高超声速飞行器最优上升轨迹研究

利用修正的无量纲因子,建立了适用于大气层内高速飞行器数值优化的数学模型。创新地采用欧氏空间中超立方体顶点坐标作为协状态初始值的方法解决了伴随方法的初始值估计难题,实现了间接伴随法在最优轨迹优化中的应用。完成并给出了该方法在真空状态和有空气动力存在的情况下轨迹优化结果,并在控制约束存在的前提下,对上升段轨线进行重规划,仿真结果表明,该方法快速、有效,且具有在线制导的应用潜力。     

一种适用于月球跳跃返回的改进解析预测校正制导律

解析落点预测-校正制导律具有计算量小的特点,适用于月球返回舱机载计算机的在线计算,针对其对远航程适应性差的问题,提出了一种改进的解析预测制导律。通过调整上升段的控制增益,减小返回舱飞离大气层时刻实际状态与标准状态的偏差,对飞出大气层的速度进行修正以补偿弹道段空气阻力引起的航程减小。二次再入段采用数值预测-校正制导,利用逐步校正的方法,解决了收敛问题,避免了复杂的基准弹道设计过程。数值仿真表明,所设计的制导律能够适用于远航程情况,在具有初始位置偏差、质量偏差、气动偏差、大气偏差的情况下,终端位置精度在5km以内,表明该制导律具有良好的鲁棒性,该制导律具有在线实施的潜力。
     

一种离散非线性末制导律

在空间拦截中，导弹产生饱和梯形波推力和三角形脉冲推力。用非线性精确线性化理论获得的制导律是连续制导律，它适用于导弹在大气层内飞行，不适于导弹在大气层外飞行。本文研究了非线性末制导律离散实现的解析法，用该方法获得的离散末制导律适用于导弹在大气层外飞行。     

火箭上升段滚动时域制导控制一体化设计

针对传统火箭上升段制导与姿态控制系统分离设计无法最大程度优化控制精度、控制量需求等系统整体控制性能的问题，提出一种基于凸优化的滚动时域制导控制一体化(IGC)设计方法。首先建立反映质心运动和绕质心运动耦合关系的IGC模型并对其进行反馈线性化获得面向控制的线性模型。然后考虑控制约束，将上升段IGC问题建模为最优控制问题，基于凸优化理论设计滚动时域控制器。该方法基于滚动时域控制(RHC)策略中反馈校正和滚动优化的思想，可以及时弥补模型误差和外部干扰等造成的不确定性；同时利用凸优化算法计算复杂度低、求解简单的优势，有效解决了含控制约束的复杂优化问题的求解。基于李雅普诺夫稳定性理论证明了闭环系统的稳定性。数值仿真校验了该滚动时域控制方法的有效性和鲁棒性；并且仿真结果表明，火箭上升段IGC设计比传统分离设计制导精度更高、控制量需求更小且姿态变化更加平缓。     

固推约束下的火星表面起飞上升制导律设计

针对受固推约束的火星上升器(MAV)起飞上升问题，设计了上升段、无动力滑行段、入轨段三段式火星表面起飞上升全过程制导策略。首先，根据实际任务需求进行了上升器标称轨迹优化。其次，在上升段引入了阿波罗制导方法，通过类攻角和类侧滑角的控制实现对标称轨迹的跟踪。为减少上升段末端偏差对无动力滑行段与标称轨迹间误差的影响，提出了一种通过调整倾侧角改变上升器所受气动力进而控制飞行轨迹的技术路线，并设计了相应的滑模制导律。另外，兼顾固推发动机的能量管理需求，针对入轨段设计了Lambert制导策略，并参考标称控制量对其进行修正，使得上升器能够在控制能力有限的情况下完成较高精度的入轨。最后，通过典型场景火星表面起飞上升全过程数值仿真验证了所设计策略的有效性和鲁棒性。     

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。     

应用伪谱法的运载火箭在线制导方法研究

研究Gauss伪谱法(GPM)在液体运载火箭抛罩结束到入轨飞行段制导律设计中的应用性。在每一个制导周期内,采用高效高精度数值轨迹优化方法计算当前制导周期内的制导律。通过合理选择非线性规划问题的基点数量和制导周期,节省制导方法计算时间。将基于伪谱法的制导方法与运载火箭中使用的迭代制导方法进行对比,在保证同等入轨精度的条件下,该方法对于复杂约束问题处理方法更为便捷,满足在线制导的需求。同时仿真表明,该方法能够有效应对各种偏差,是比较接近工程应用的一种方法。     

拦截大气层内机动目标的深度强化学习制导律

针对大气层内高速机动目标的拦截问题，提出了一种基于双延迟深度确定性策略梯度(TD3)算法的深度强化学习制导律，它直接将交战状态信息映射为拦截弹的指令加速度，是一种端到端、无模型的制导策略。首先，将攻防双方的交战运动学模型描述为适用于深度强化学习算法的马尔科夫决策过程，之后通过合理地设计算法训练所需的交战场景、动作空间、状态空间和网络结构，并引入奖励函数整形和状态随机初始化，构建了完整的深度强化学习制导算法。仿真结果表明：与比例导引和增强比例导引两种方案相比，深度强化学习制导策略在脱靶量更小的同时能够降低对中制导精度的要求；具有良好的鲁棒性和泛化能力，并且计算负担较小,具备在弹载计算机上运行的条件。     

载人飞船上升段摄动制导方法探讨

本文以载人飞船概念论证方案为背景,分析探讨了载人飞船上升段摄动制导方案.提出了按飞行程序导引模型进行载人飞船上升段飞行的导引控制,并探讨了用等待轨道长半轴偏差等于零作为关机控制的终端条件来进行关机控制的摄动制导方法,最后进行了仿真计算.     

RLV再入混合制导方法研究

提出可重复使用跨大气层飞行器（RLV）再入混合制导方法，该方法将再入轨道在线生成技术、基于阻力加速度飞行剖面的跟踪制导技术和数值预测制导技术有机结合。其中再入轨道在线生成能够向轨道预测制导算法提供初值，以加快轨道预测制导算法收敛速度；轨道跟踪控制器控制再入吸热，使再入轨道满足再入走廊约束；而数值预测制导算法则对再入轨道进行快速预报，生成合适的制导指令，将RLV导向目标。给出了RLV再入混合制导的具体算法，并对Marshall航天中心先进制导与控制项目所提出的九种再入情况进行了初步仿真，结果表明所提出的RLV再入混合制导方案是可行的。     

基于序列凸规划的运载火箭轨迹在线规划方法

针对大气层内气动力对轨迹规划求解实时性与收敛性的影响,提出一种基于模型补偿序列凸规划的大气层内火箭轨迹规划方法。该方法的核心思想是通过设计一种序列补偿的方式,将火箭动力学中非线性项(气动力加速度与重力加速度)与过程约束项(动压、过载约束等)进行凸化,从而将轨迹规划问题转化为序列凸规划问题而得到快速求解。在此基础上,本文理论分析了该序列凸规划方法的收敛性,保证该方法能够收敛到原问题的最优解。数值仿真表明,该方法能够完成大气层内的火箭上升段与垂直着陆段轨迹在线规划任务,方法的收敛速度能满足轨迹在线生成的实时性要求。     

一种月球飞船动力下降预测制导方法的研究

研究了一种月球飞船动力下降段的预测制导方法。首先在轨道平面内建立了月球飞船飞行力学模型;然后基于开普勒轨道力学,由飞船当前飞行状态预测其落月位置和速度,以及相应的剩余飞行时间。设计了切向和法向解耦的闭环制导律。切向制导律根据预测的落点速度偏差和剩余飞行时间形成切向推力控制量来控制飞船速度大小,以消除落点速度偏差。法向制导律根据预测的落点位置偏差形成法向推力控制量,来改变飞船速度方向,以消除落点位置偏差。所设计的预测制导律,通过解析解预测落点状态,比传统的基于数值计算的预测方法在线计算量小,易于实现。数值仿真验证了该制导律的有效性。     

吸气式组合动力高超声速飞行器上升段制导方法研究

针对涡轮/冲压/火箭三组合动力水平起降高超声速飞行器爬升段飞行轨迹设计和制导律设计问题，首先考虑宽速域组合动力发动机多模态特性和高低速气动特性差异，分别开展了涡轮段、引射段、纯冲压段及冲压火箭段的飞行策略研究，提出了不同阶段的飞行攻角剖面构型和火箭流量剖面构型，将无穷维轨迹优化问题转化为有限维参数规划问题，进而完成了组合动力上升段飞行轨迹的优化设计；在此基础上，结合轨迹线性化控制方法，开展了组合动力上升段轨迹跟踪制导律设计研究，给出了保证闭环稳定性和控制品质的制导律参数设计准则，最后通过开展仿真分析说明了提出轨迹设计及制导方法的有效性。     

基于改进型伴随方法的高超声速飞行器上升段轨迹优化

建立了大气层内高超声速飞行器轨迹优化无因次数学模型,提出了一种求解最优两点边值问题的改进型伴随方法,并证明其算法收敛性,将其用于以固体火箭发动机为动力的高超声速飞行器稠密大气层内上升段轨迹优化问题中,在有弯曲力矩约束的前提下,间接得到一组平滑控制量.仿真结果表明,该方法快速、有效、可靠.     

大气层内拦截战术弹道导弹制导控制技术研究

就国家导弹防御系统而言 ,在大气层内对来袭弹道导弹的拦截与在大气层外实行拦击目标具有同样的实际意义。因此 ,新一代的防空导弹必须有一定的反战术导弹的能力。本文主要讨论在高空 2 0km以下作为低层防御的拦截导弹制导控制系统设计的一些方法。提出了拦截命中点的预测方法和拦截交会可采用的制导规律     

空天飞行器制导控制技术研究进展与展望

本文在简要介绍空天飞行器制导控制技术发展情况基础上，针对其典型的任务形态给制导控制技术带来的挑战，分别从动力学建模、轨迹优化与制导、飞行控制与导航等四个方面阐述了制导控制技术中面临的关键技术，并探讨了空天飞行器制导控制技术后续发展方向与思路。     

潘兴Ⅱ导弹的弹载计算机

潘兴Ⅱ导弹采用全数字式制导和控制系统,包括惯性测量装置、弹载计算机和地形匹配末制导系统。本文介绍了潘兴Ⅱ导弹弹载计算机的性能及其在制导和控制中的作用。     

航天器跳跃式返回的再入动力学特性仿真

深空高速再入返回是航天返回技术面临的新问题。研究采用跳跃式返回方式解决高速再入产生的高过载、高热流峰值问题。建立了完整的航天器再入大气层飞行动力学模型;依据航天器跳跃式返回飞行剖面和返回飞行的运动特性,将再入大气过程划分为初始再入段、初次再入下降段、初次再入上升段、大气层外飞行段和二次再入段,详细研究了各飞行段航天器的动力学特性,简要分析了各阶段的制导任务。通过分析仿真结果,初步摸清了航天器深空飞行跳跃式再入动力学特性。     

美国的弹道导弹拦截试验

1986年6月27日,美国陆军/LTV 公司的一枚雷达制导的陆射型导弹从白沙导弹靶场发射,拦截了一枚在大气层内以 M 5飞行的弹道导弹模拟弹头。这是计划中的9次飞行试验中的第六次试验,也是首次拦截到运动目标,这次飞行是战略防御新方案(SDI)/陆军轻便灵活制导试验计划(FLAGE)的一部分,这项计划用于验证用非核武器拦截大气层内弹道导弹弹头所需要的制导精度。FLAGE 计划原名为小型雷达寻的拦截技术(SR-HIT)计划。     

大气层外拦截器关机基准制导法研究

大气层外拦截问题中 ,针对拦截弹飞行中段采用工作时间固定的固体燃料发动机的情况 ,提出一种关机基准中段制导方法。当发动机的推力特性给定时 ,通过估计关机时刻目标相对于拦截弹的运动状态 ,按照关机时刻相对速度垂直于视线方向的分量为零的原理来确定推力矢方向。仿真计算表明 ,对于拦截近程弹道目标的情况 ,这种制导方法可有效降低拦截脱靶量