高超声速飞行器组合导航算法

以高超声速飞行器为对象,建立了卫星/惯性组合导航模型。选择组合系统的状态量并建立状态方程,推导位置观测方程和速度观测方程,通过位置、速度交替组合实现卫星/惯性系统的组合。通过仿真验证算法的有效性,仿真结果表明卫星/惯性组合导航可以得到较好的位置和速度信息,适中的姿态精度信息。     

高超声速飞行器强鲁棒自适应控制器设计新方法

针对高超声速飞行器飞行过程系统参数大范围剧烈变化以及存在严重不确定性的特点,同时考虑外界环境干扰复杂,内部干扰严重的特殊问题,提出了一种新型强鲁棒自适应控制器构型。该新型强鲁棒自适应控制器将控制器分为标称控制器和补偿控制器。标称控制器可采用成熟的控制理论来设计,主要考虑闭环系统的性能;采用合适的手段估计系统参数大范围剧烈变化、系统的不确定性以及内、外部干扰等“系统扰动”作为补偿控制器的输入,通过设计强鲁棒补偿控制器对“系统扰动”进行补偿,使整个闭环控制系统对“系统扰动”具有强鲁棒性。将新型强鲁棒自适应控制器应用于高超声速飞行器的姿态控制系统的设计,大大提高了高超声速飞行器控制系统对内、外部干扰的抑制和对系统参数大范围剧烈变化以及严重不确定性的适应能力,可满足高超声速飞行器飞行控制的需求。     

面向失锁在线补偿的高超声速飞行器组合导航方法研究

根据高超声速飞行器导航的主要需求,针对高动态飞行条件下可能出现的卫星导航信号跟踪丢失等问题,本文设计了基于卫星观测值在线补偿的组合导航方法,该方法可在GPS导航接收机失锁的情况下,基于预存卫星星历外推模型和卫星信号误差模型,在线重构虚拟卫星导航观测值并补偿由信号失锁导致的组合滤波器发散情况,从而确保飞行器组合导航的精度。结合助推—滑翔高超声速飞行器航迹对该方案进行了仿真验证,结果表明,该方案能够在助推—滑翔高超声速飞行器强动态条件下确保卫星导航数据输出的连续性,在一定程度上克服了卫星导航信号丢失带来的不利影响,确保高超声速飞行器GPS/捷联惯导组合导航的基本导航定位性能。     

高超声速滑翔飞行器俯冲段鲁棒协同制导

基于“领-从”通信结构和无迹卡尔曼滤波算法,提出了一种用于高超声速滑翔飞行器俯冲段的带有角度约束的协同制导律。首先,从机制导律以主机的最优制导律为基础,通过引入时间偏置项,利用“领-从”通信的信息交互跟随主机,并通过理论证明从机制导律可以实现有限时间收敛。然后,利用无迹卡尔曼滤波算法进行气动参数估计,根据估计结果设计了一种迎角的补偿策略以改善系统的鲁棒性。最后,在考虑初始状态误差和气动参数不确定的情况下进行了仿真试验。结果表明,结合气动参数估计的协同制导律具有较好的可行性和鲁棒性。     

输入受限的高超声速飞行器鲁棒反演控制

针对存在参数摄动的吸气式高超声速飞行器（AHV）弹性体模型,考虑执行机构幅值和速率受限问题,提出了一种基于辅助误差补偿策略的鲁棒反演控制方法。采用改进的辅助系统,保证了执行机构在幅值与速率同时达到饱和时闭环控制系统的稳定性和跟踪误差的有界性;采用有限时间收敛微分器（FD）,实现了对虚拟指令及其一阶导数的有效估计,并在此基础上,设计非线性干扰观测器（NDO）,对模型不确定项进行了平滑估计,进一步提高了控制精度。通过仿真,验证了所设计控制方法的有效性。     

乘波体高超声速飞行器大包线鲁棒控制技术

乘波体高超声速飞行器的机体/动力耦合及大包线飞行特点导致其控制系统设计困难.基于大量气动数据,采用拟合的方法建立数学模型,并进行小扰动线性化,将机体/动力耦合、大包线飞行等转化为模型参数的大范围摄动.基于LQR和H∞理论设计双回路控制系统,内回路用于抑制模型参数的大范围摄动,外回路用于满足系统的性能要求.仿真结果表明:...     

美国高超声速巡航飞行器研发进展

本文介绍了美国为研制高超声速巡航飞行器而开展的猎鹰计划的最新进展,探讨了实现高超声速巡航所需演示验证的关键技术,阐述了基于涡轮喷气的组合循环推进技术的概念和试验研究情况。     

高超声速飞行器非线性控制研究

针对高超声速飞行器非线性控制研究问题,介绍了在控制器设计中的特点及难点;阐述了在现有文献中关 于高超声速飞行器非线性控制相关研究工作,并分别从变结构控制方法、鲁棒自适应控制方法、结合智能控制方法 以及观测器在控制器设计中的应用等方面进行了分析;最后,结合高超声速飞行器自身特点,指出了高超声速飞行 器非线性控制领域的研究热点和发展趋势。     

高超声速飞行器 FADS 算法研究

应用BP神经网络开展高超声速飞行器嵌入式大气数据系统(FADS)算法研究。采用自主研发CACFD软件平台求解欧拉方程,计算获得飞行器头部的压力分布作为神经网络样本训练的输入,对应的来流状态,如静压、马赫数、迎角和侧滑角作为样本的目标训练神经网络,建立基于BP神经网络FADS求解算法,并进行测试研究。研究表明,基于神经网络技术的FADS算法具有较好的鲁棒性和求解精度,实时性强,是一种非常有效的求解算法。研究结果得出,一定样本数范围内,FADS的求解精度随着样本数增加而提高;算法的平均误差随着测压点的增加而减小;包含大锥角位置测压点的布点组合,明显比只有小锥角测压点布点组合的求解结果平均误差要小;去掉顶点测压点,对算法的求解结果影响不大;1%压力测量误差时,神经网络泛化性能表现非常稳定。     

高超声速再入飞行器气动轴研究

根据根据力学中的力螺旋概念，论述了再入飞行器的气动轴存在的一般性，分析了再入飞行器气动轴的三种类型，提供了确定气动轴的方法，建立了计算非对称再入飞行器飞动轴的近似方法和数值方法，近似方法基于修正的牛顿流理论和推广的内伏牛顿流理论，数值方法基于Ｊ．Ｅ．Ｄａｙｗｉｔｔ教授发展的分离系数矩阵欧拉方程时间相关方法和张鲁民研究员发展的三维定常分离系数矩阵欧拉方程的空间推进方法。     

基于Starlink机会信号/INS的组合导航方法

针对全球卫星导航系统(GNSS)因频点单一、落地功率低、易受电磁干扰以及存在覆盖较差区域等潜在的被拒止或被干扰导致的导航系统性能降低甚至失效的问题,提出了一种基于星链(Starlink)机会信号融合惯性导航系统(INS)的飞行器动态组合导航方法.首先分析了星链信号体制,建立了基于星链星座卫星下行机会信号的瞬时多普勒定位观测模型,设计了 一种基于频率细分的快速最大似然多普勒频率估计方法,然后建立了基于扩展卡尔曼滤波(EKF)的Starlink机会信号/INS的组合导航模型,并对该导航方法进行了实验及分析.结果表明,该方法可为飞行器提供长航时、连续、高精度的导航.动态飞行情况下,该方法可实现平均优于25 m的三维定位精度和平均优于0.1 m/s的速度估计精度,比相同观测时间下的惯导精度提高了 1～2个数量级,显著提高了飞行器的导航精度,可为战略导航提供方法和技术支撑.     

乘波体飞行器气动布局优化设计

由于具有高升阻比,乘波体是高超声速巡航飞行器气动布局的首选方案。文章在求解圆锥激波流场精确解的基础上,应用流线追踪方法,建立了乘波体飞行器气动布局的参数化模型。在此基础上,对飞行器的气动力特性进行了估算。最后,以气动布局参数为设计变量,升阻比最大化为设计目标,对乘波体飞行器进行气动布局优化设计,应用改进的粒子群优化算法(Particle Swarm Optimization,PSO),对优化模型进行求解,得到了优化的气动布局设计方案。     

高超声速飞行器最优周期巡航轨迹优化

以高超声速飞行器为对象,利用Lagrange乘子法和共轭梯度法对最优周期巡航轨迹进行了研究,并给出了次优周期巡航轨迹的设计方法。最后利用优化方法对最优稳态巡航、次优周期巡航和最优周期巡航进行了数值分析。仿真结果表明,与稳态最优巡航相比,考虑过载≤6约束时燃料节省7.68%,综合过载和加热率约束时燃料节省3.98%。     

一种鲁棒GNSS矢量跟踪环

复杂环境下导航接收机的连续可用性一直是卫星导航领域的研究重点。针对矢量跟踪环动态适应性不够和误差在通道间传播的问题,提出一种鲁棒全球导航卫星系统(GNSS)矢量跟踪环。基于各通道的伪距、伪距率和伪距加速度状态量构建扩展卡尔曼滤波器(EKF),通过灵活设置过程噪声方差阵,实现跟踪通道的耦合与解耦;采用基于极大似然估计器(MLE)的鉴别器生成码延迟和载波频率偏差观测量;利用滤波值修正并预测伪距率来控制本地数控振荡器(NCO),实现环路的闭合。仿真结果表明,本文设计的矢量跟踪环在保证环路相互辅助的基础上,避免了衰减通道误差在通道间的传播,可以对被遮挡信号保持稳定跟踪,鲁棒性优于传统矢量延迟频率锁定环。     

高超声速巡航飞行器气动布局优化软件设计

从总体性能指标角度出发,采用面向对象的编程方法,基于Visual C 开发了高超声速巡航飞行器气动布局优化软件。整个优化软件分为参数化建模模块、面元生成模块、性能指标计算模块、优化算法模块。各模块之间相对独立,通过函数接口实现互联,具有非常好的可维护性、可重用性和可扩展性。该软件实现了对高超声速巡航飞行器的气动力、气动热、隐身性能、操稳性能等总体性能指标进行气动布局多目标的优化,能够满足高超声速巡航飞行器概念研究和初步设计要求。     

高超声速飞行器周期巡航轨迹设计与优化

针对高超声速飞行器,给出了参数建模方法并分析了其气动特性,建立了乘波体外形高超声速飞行器的纵向平面运动学模型;提出了高超声速飞行器巡航段周期轨迹的方案及相应的轨迹优化方法.采用高斯伪谱法解决周期性轨道优化问题,将原有的连续周期非线性优化问题转化为多段离散优化问题,并采用SQP算法求得最优解.仿真结果表明,在巡航航程相同的情况下,周期轨迹比稳态轨迹更省燃料.     

攻击活动目标的一种最优弹道估计

 为分析活动目标的随机飞行状态和减小导弹的脱靶量,提出了数学模拟打靶的一种新方法。其中包括卡尔曼滤波理论结合最大似然法的应用,以及建立相对运动的离散化模型和灵敏度矩阵。为改善飞行状态的估计精度,论述了确立飞行弹道修正协方差矩阵的概念。除此之外,还讨论了导引敏感器静态误差影响脱靶量的估计问题。     

高超声速飞行器弹性模态稳定控制方法

高超声速飞行器广泛采用升力体、乘波体等气动布局和轻质材料,导致飞行器刚体模态与弹性模态的耦合问题突出。针对该类飞行器的弹性模态稳定问题,提出了一种新的弹性模态稳定控制方法,将弹性模态视为外部干扰,以弹性模态的导数变量作为控制输出,仅通过实际可测的刚体状态参数作为反馈量来设计控制器。仿真结果表明,所设计的控制器能够保证弹性模态稳定,且控制器结构简单、阶数较低。