航天器发射飞行安全智能决策研究与实现

针对航天发射的特点,将智能决策和空间信息处理技术运用于航天发射飞行的安 全判决中,建立发射场及其飞行航区的基础地理数据库和基础信息数据库。分析飞行过程中 瞬时落点区域的地理属性,实现火箭飞行过程中安全管道、预示落点、飞行参数和飞行轨迹 等在数字地图上的实时显示,实时监控火箭的飞行状态。在决策中提出了“目标-规则基-特 征状态体”的领域知识表示模型,为火箭飞行的安全提供实时辅助决策。
     

一种基于任务分区的轨道转移飞行器轨迹重规划方法

针对轨道转移飞行器入轨任务中可能的异常状态,提出一种基于任务分区的在线轨迹重规划方法。将重规划问题描述为非线性系统最优控制问题,在地心惯性坐标系中建立飞行器的状态方程。考虑轨道倾角偏差与远地点高度偏差,设计任务分区并完成目标轨道决策。根据不同分区确定相应的性能指标与约束条件,以目标轨道为圆轨道的任务为例,构建凸优化问题并采用序列凸规划方法完成求解,使轨道转移飞行器出现飞行偏差时能够预测可达范围并重新规划任务飞行轨迹。仿真结果表明这种方法可以在飞行任务中快速实现不同条件的轨迹重规划设计,对异常状态实现一定程度的补救。     

火箭靶弹零升阻力系数辨识

火箭靶弹无控飞行过程中飞行攻角较小且无法准确模拟,为提高靶弹弹道理论预估精度,弹道理论计算可假定飞行攻角为零,将飞行攻角产生的诱导阻力贡献折算为对零升阻力系数的修正。建立了火箭靶弹气动特性工程计算方法,针对火箭靶弹零升阻力系数计算模型不确定性问题,利用火箭靶弹A飞行试验GPS遥测数据对其零升阻力系数进行了参数辨识,基于辨识结果对火箭靶弹零升阻力系数工程计算方法进行了修正。经火箭靶弹B飞行试验结果验证,由于综合考虑了飞行攻角产生的诱导阻力贡献,采用修正后的零升阻力系数,弹道理论预估精度大大提高,满足工程要求。     

运载火箭飞行测量数据误差分析的小波方法

以提高火箭飞行跟踪测量数据处理精度为目的。结合弹道处理的实际，将小波理论运用于火箭弹道测最数据的分析。本文首先针对火箭飞行弹道测量数据的特征，应用小波理论建立了弹道测量数据事后误差分析处理方法的杠架模型，创建了雷达测量数据诸元的多项式和B样条时序分析模型，提出并验证了雷达测量数据的随机分布模型；其次，对受到噪声干扰时间段数据模型出现严重病态的情况，建立了基于多项式拟合和B样条函数选取有限时间段拟合的火箭弹道建模和预测的二次建模方法；最后，利用所提出的分析处理方法对某次任务两个测量站雷达弹道测量数据的分析，处理效果显著，精度理想。实验验证了上述方法是一种理想的弹道测量数据事后误差分析处理方法。     

运载火箭飞行测量数据奇异点检测和降噪处理的小波方法

以提高火箭飞行测量数据处理精度为主要目的,结合弹道处理的实际,将小波理论运用于火箭弹道测量数据的分析。首先,在对信号奇异性、小波方法检测信号奇异点原理探讨的基础上,通过对火箭飞行外弹道测量数据奇异性的分析,确定了用于火箭飞行数据奇异点检测的小波函数的选取原则,提出了对跟踪测量数据奇异性点准确定位和分析其奇异性类型的方法;其次,为提高处理火箭飞行弹道的光滑度,深入探讨了弹道测量数据的小波消噪方法,结合雷达跟踪测量数据的实际分析和处理情况,就数据是否处于火箭在级间分离段提出了不同的处理方法。该算法原理简捷,计算复杂度较低,易实现。最后,通过对某试测的两个测量站雷达弹道测量数据的分析处理,论证了上述方法的正确性,取得了明显的效果。     

再入飞行器试验运载火箭弹道设计研究

再入飞行器的试验运载火箭弹道设计一般考虑飞行器的再入模拟量及落地要求、火箭飞行试验的航区要求、火箭的技术状态等3个主要因素,为此开展弹道实现模式及特征速度分析,得出弹道设计中"第2次冲量"的施加技术方案。     

航天发射特征事件综合和弹道融合策略优化研究与应用

特征事件综合和弹道融合是航天发射过程中最为重要的一项工作,通过特征事件发生时间和火箭飞行弹道可直观地反映出运载火箭的飞行状态。因此,为了进一步提高特征事件综合和弹道融合效果,基于遥、外测量信息,分别对参与特征事件综合和弹道融合的信息源进行分类及其影响因素进行分析,并提出了相应的信息融合策略。通过采用优化的融合策略,可进一步提高特征事件时间解算的准确性和实效性,提升弹道融合的效果,满足航天发射飞行态势显示和安全控制的任务需求。     

空间操作中的灵巧飞行控制方法

空间操作中的灵巧飞行控制是指通过模仿生物的决策与运动方式,采用多种执行机构相互配合协调控制完成空间操作任务,在任务过程中能够进行实时决策且各项性能指标均能达到最优。文章引入灵巧控制的思想,提出了一种灵巧飞行控制方法。按照生物运动协调的方式,采用冗余执行机构各取所长协同配合,利用计算智能结合人类智慧完成对失效卫星的接近轨迹规划,实现抓捕过程中可达性、精准性、敏捷性、平顺性与鲁棒性的全优。采用神经网络完成对轨迹规划结果的学习,将规划和控制合二为一。对失效卫星的跟瞄、接近和捕获过程仿真表明:采用传统规划与控制方法的服务卫星无法在失效卫星状态突变时完成抓捕,而采用灵巧飞行控制方法的服务卫星,在失效卫星翻滚状态发生突变时能进行快速决策,成功对失效卫星进行捕获,且接近抓捕过程的性能指标比失效卫星翻滚状态未突变时几乎没有损失,从而验证了灵巧飞行控制方法的可行性和有效性。     

火箭引射模态下一次火箭流量优化方法研究

对火箭基组合循环(RBCC)发动机火箭引射模态下一次火箭流量优化方法开展了研究,并对飞行条件下一次火箭流量的变化规律进行了分析。提出了采用有效比冲作为优化目标的一次火箭流量单目标优化模型;建立了求解与一次火箭流量相匹配的二次燃料流量的比例控制方法;在考虑发动机性能优化与弹道分析耦合作用的基础上,采用试验设计和遗传算法,建立了火箭引射模态下一次火箭流量优化方法。针对空中载机发射的RBCC发动机,开展了火箭引射模态下一次火箭流量优化,并根据弹道分析结果,给出了飞行条件下一次火箭流量变化规律。结果表明,为了克服飞行过程中声障阻力,一次火箭流量在Ma=1.0附近达到最大,此时对发动机提出较高的推力设计要求;在Ma=1.5附近,来流空气的冲压作用占主导地位,一次火箭流量出现较大程度的节流,此时对发动机提出较高的比冲设计要求;超过Ma=1.5后,一次火箭以较小的流量状态维持稳定工作;火箭引射模态下一次火箭流量调节比达到了5.0。     

基于半参数建模的弹道目标实时滤波

设计弹道目标的实时跟踪滤波器时,精确的动态建模和测量系统误差自校准是提高滤波精度的重要手段。基于补偿最小二乘原理和Tikhonov正则化定理,将难于参数化的复杂运动成分和测量系统误差表示为非参数分量,建立了基于半参数化建模的弹道递推模型和实时滤波算法,并详细设计了半参数建模时所需的光滑因子、正则化矩阵和窗口宽度等建模参数的在线选取方法。仿真实验和实际数据的计算结果表明,非参数成分可以有效地补偿状态模型误差,且可在线校准测量系统误差,显著改善弹道估计精度。算法已初步应用于实际飞行任务,其中的递推建模方法和参数选择策略对其它实时滤波器的设计同样有参考价值。     

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。     

基于GIS的航天器发射应急决策系统

针对航天发射的特点,将智能决策支持技术和GIS技术相结合,利用GIS可视化显示和空间分析功能,通过研究的故障状态下液体推进剂火箭爆炸模式、弹片散布模型和毒气泄漏扩散模型,实时准确地提供残片散布范围和毒气散逸浓度危害范围,直观地显示了现场态势。在构建的应急联动数据库、预案库和立体安全应急处理模型的基础上,实现了火箭飞行安全的仿真模拟和现场态势分析,利用CBR推理在预案库中查找与各决策条件最相似的预案,为应急指挥决策提供支持。     

助推-滑翔弹道高精度滑翔射程解析估算方法

针对目前高超声速滑翔弹道解析估算精度不高问题,提出一种基于高度变化特性的高精度滑翔射程解析估算方法。该方法首先从单位质量机械能的角度出发,建立滑翔射程与升阻比、初末速度间的解析式。在此基础上,利用准平衡滑翔条件,推导建立了滑翔高度随动能变化的平衡函数,并据此实现了对滑翔射程解析估算结果的修正,从而显著提高了实际飞行时速度倾角微小变化情况下的滑翔射程估算精度。最后与数值仿真弹道进行对比分析。结果表明,所提方法的滑翔射程解析估算误差小于1%,具有较高精度,可为高超声速远程滑翔弹道飞行性能分析、射程估算和在线弹道规划提供可靠的理论依据。     

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。     

反弹道导弹的作战过程及其总体技术

弹道导弹是一种采用弹道式控制的飞行器。它在主动段（从发射到发动机关机，也叫助推段）利用其火箭发动机的动力，沿着进行制导的弹道飞行（是一个加速过程），当推进到一定速度后，终止发动机推力；在被动段咱由飞行段十再入段）沿着只受地球弓I力作用的椭圆弹道，依靠在主动段获得的能量，作惯性飞行。导弹制导系统通过不断测量导弹相对于目标的位置或速度，计算实际飞行弹道与设定弹道之间的偏差，形成制导指令。通过导弹姿态控制系统控制导弹的飞行姿态和飞行弹道，使它沿着设定的弹道飞向目标。弹上制导系统随时修正横向偏差，当导弹…     

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。     

基于相平面控制的固体火箭快速精确入轨策略

对于仅能控制推力方向的固体火箭入轨段,为保证火箭以同时满足六轨道根数约束直接入轨,提出一种基于相平面控制的弹道设计方法。首先,证明经过2次恒定方向推力使火箭同时满足位置和速度矢量(即六轨道根数)约束直接入轨的可行性,并给出此时火箭初始点与入轨点状态需要满足的条件。然后,推导火箭初始点及入轨点状态与推力方向角的关系方程组,采用数值方法求解该方程组以获得保证入轨的推力方向角。仿真结果表明,与传统的弹道设计方法相比,提出的方法对推力方向角的解算更为简便,缩短了弹道设计的耗时,且可以使火箭终端位置和速度矢量6个参数同时满足入轨精度要求。     

基于分段高斯伪谱法的组合动力飞行器火箭挂飞轨迹规划

为解决受涡喷发动机技术水平限制,导致试验飞行器无法直接达到试验所需高度和马赫数的问题,采用可回收式助推火箭挂飞后分离的方法,基于分段式高斯伪谱法搭建弹道优化模型,结合引射火箭与飞行器特性设计试验窗口,设计了弹道优化模型的约束条件;以末端高度最高、速度最大及轨迹平滑作为单项性能指标,以其加权和作为总性能指标,通过改变单项性能指标的权重系数,改变了助推火箭与飞行器的分离点,建立了组合动力飞行器火箭挂飞最优轨迹。仿真结果表明,本文方法建立的弹道状态变量变化平缓,满足约束条件,可为组合动力飞行器高空飞行试验轨迹规划提供依据。     

纪念我国第一种登天火箭——T-7A火箭（第一状态）飞抵太空50周年

1963年12月22日、27日,上海机电设计院（时属国防部第五研究院建制,现为中国空间技术研究院北京空间机电研究所）负责研制的2枚“探空七号甲”（代号T-7A）气象火箭在安徽广德境内的华东气象火箭探空基地进行了该火箭的第一批次飞行试验。这批次试验所用的火箭为第一状态的T-7A火箭,试验中实测2枚火箭的弹道顶点高度均为海拔125km（火箭起飞点的海拔为66m）。     

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。