基于闭路制导的弹道导弹发射诸元的仿真算法

提出了一种基于闭路制导的弹道导弹的发射诸元算法.给定发射点与瞄准点的地理位置,以压低弹道为目标,通过一种迭代方法求解关机点弹道倾角,并基于地球引力级数展开模型提出了一种虚拟目标的快速计算方法,以主动段弹道平面和被动段弹道平面二面角为指标完成了发射方位角的迭代计算,最后通过仿真算例论证了该算法的可行性.     

不确定飞行环境下的滑翔制导炮弹方案弹道优化

滑翔制导炮弹因体积和成本所限存在控制能力有限的问题,有必要对其方案弹道加以合理的设计,为此提出一种不确定飞行环境下的弹道优化方法以降低方案弹道对各类随机干扰的敏感度。建立了模型偏差、滑翔启控点参数偏差、气动参数偏差及气象偏差等不确定性因素的数学模型,推导出计及随机干扰的滑翔弹动力学系统雅可比矩阵的解析表达式,利用线性协方差分析法,得到了系统误差传播方程,进而建立了不确定飞行环境下的弹道优化模型。利用Chebyshev伪谱法将弹道优化问题转换为非线性规划问题,在此基础上采用内点算法(Ipopt)获得了方案弹道的最优解。仿真结果表明,与不考虑不确定因素的设计方法相比,采用本文方法设计出的方案弹道,纵向和侧向位移散布方差明显减小,显示出对随机干扰更好的抑制效果。     

基于周期平均的固定翼双旋弹弹道修正方法

针对一种滚转稳定的固定翼双旋弹,提出了一种平均控制力大小可调节的弹道修正方法,并据此设计了该弹的制导与控制方法。根据固定翼双旋弹的高速旋转特性,在对其角运动方程进行简化后进行角运动分析,得到了弹体的合法向力与固定鸭舵偏转角度之间的关系,然后基于周期平均的概念提出了一种弹道修正组件以不同转速、不同振幅旋转以产生大小可控平均法向力的弹道修正方法,并通过六自由度弹道仿真验证了此方法的可行性。分析结果表明,相比于弹道修正组件固定的传统弹道修正方法,这种新型的弹道修正方法可以通过连续地控制平均法向力的大小和方向,实现固定翼双旋弹的制导与控制,消除弹道偏差,提高命中精度。     

基于二次点火的飞行器横向转移入轨弹道设计

为了解决航天器发射过程因发射场地的地理位置约束造成的入轨夹角问题,基于火箭上面级二次点火,对航天器横向转移零速度偏差入轨弹道进行了设计。对二次点火和变射面横向转移弹道进行了研究,根据横向转移弹道特点,为简化控制程序,分时序对火箭二级非连续点火纵横向飞行程序进行了设计;并分析横向转移入轨弹道各项约束条件,建立弹道优化模型。根据弹道设计模型,以某两级液体燃料运载火箭为研究对象,对二次点火横向转移入轨弹道进行优化仿真。结果表明:入轨时刻航天器位置偏差为0.391m,速度偏差为1.277m/s,速度偏差比二次点火固定射面入轨弹道减少了737.844m/s,满足零速度偏差入轨精度要求。      

MF-1飞行试验弹道差异分析及弹道重建研究

MF-1作为我国的首次高超声速空气动力学基础问题研究模型飞行试验项目,真实飞行取得了圆满成功。但是其无控飞行弹道与设计弹道之间还是存在较明显偏差,本文首先对于MF-1实际飞行试验弹道与设计弹道之间的偏差原因,通过理论分析和弹道仿真开展了研究,结果表明风场偏差和气动力偏差可能是导致MF-1飞行弹道与设计弹道差异的最主要因素。然后,基于飞行实测的过载角速率数据和外弹道测量数据对MF-1飞行弹道进行了重建,得到了包括迎角、侧滑角在内的完整可靠的弹道数据。研究还表明,风场对迎角、侧滑角的准确估计有显著影响,应尽量提高风场测量的实时性和准确性。     

面向再入目标跟踪的估计与辨识联合优化算法

准确的弹道系数辨识和精确的目标状态估计是再入目标高精度跟踪与高可靠识别的关键。一方面,状态估计的误差会造成模型参数(弹道系数)的辨识风险;另一方面,模型参数的辨识偏差又会导致模型失配从而降低目标状态的估计精度。因此,需要实现再入目标的状态估计和参数辨识的联合优化。针对再入目标弹道系数未知情形,提出了一种基于期望最大化(EM)框架并采用粒子滤波(PF)平滑器实现的PF-EM联合优化算法。在E步基于粒子平滑器得到目标状态的后验平滑估计,M步采用数值优化算法更新上一次迭代的弹道系数,通过E步和M步的不断迭代,以保证状态估计和弹道系数辨识的一致性。算法仿真对比表明:所提算法的状态估计和参数辨识精度均优于传统的状态增广算法。     

载人飞船返回舱外测高精度弹道计算与落点预报

针对返回舱再入返回过程中外测弹道计算精度低、稳定性差的问题,仿真分析比较了单点定位、滤波方法和动态滑窗处理等多种外弹道计算方法的精度,提出了一种弹道加权融合计算的实时自动弹道优选方法。结果表明：动态滑窗处理方法精度最高,实时自动弹道优选方法可全程获取多测元跟踪条件下的最优弹道;返回舱外测弹道计算精度和稳定性有明显提高,外测弹道落点预报精度可达到百米量级,着陆时间偏差在1 min以内。     

垂线偏差对航天测控数据处理精度影响分析

通过对发射坐标系到惯导地平系[1]的坐标转换建模,用飞行器理论弹道仿真了惯导地平系弹道数据,并用其进行数字引导和定初轨,定量地分析了垂线偏差对数据处理精度的影响。仿真结果表明,垂线偏差对定轨结果影响较大,考虑发射台垂线偏差对理论弹道数字引导精度也有明显提高。     

机动发射下空间飞行器上升段弹道快速计算方法

机动发射条件下,为提高空间飞行器变射面横向机动模型的诸元计算速度,设计了基于牛顿迭代算法的诸元快速计算模型。以基准弹道诸元参数为迭代初值,选取了6个关键参数,在同一弹道模型基础上,采用牛顿迭代法对诸元进行快速求解。仿真结果表明,在一定范围内,迭代后的变射面横向机动弹道能够与飞行中段弹道高精度交班,且计算耗时不超过2 s,能够满足机动发射需求。     

考虑J_2摄动影响的零射程线计算方法研究

考虑到地球扁率J_2摄动的影响,在非正交分解法的基础上,利用自由段弹道地心距迭代解析解,给出了一种弹道飞行器零射程线的计算方法。数值仿真结果表明,该方法具有很高的精度,且计算速度较快,在闭路制导能量耗散和多弹头进攻弹道设计中具有较高的应用价值。     

弹道导弹的标准弹道迭代方法研究

传统的以大地距离和大地方位角为基础的标准弹道迭代方法要对目标点的高程和爆高进行归算修正,因此会带来误差。提出了直接利用战斗部爆点坐标进行迭代的方法,可去除高程归算的误差。计算结果表明,该方法是有效的,完全能够满足实际需要。     

基于混合粒子群算法的上升段交会弹道快速优化设计

基于梯度搜索的高效性和粒子群搜索的随机性,提出了一种混合粒子群算法,并应用该算法研究了运载火箭上升段交会弹道快速优化设计问题.以运载火箭与目标飞行器在交会时刻的距离最小为目标函数,设计了运载火箭飞行程序,建立了运载火箭上升段交会弹道优化模型,同时分别采用混合粒子群算法、遗传算法和粒子群算法进行求解.仿真结果表明:基于本文算法对运载火箭上升段交会弹道进行优化设计,平均交会位置误差为4.137m,较遗传算法减少了17.940m,平均优化耗时488.922s,较粒子群算法缩短了2342.125s.混合粒子群算法搜索速度较快,收敛精度较高,可用于运载火箭上升段交会弹道的快速优化设计.      

Optimal trajectory design accounting for the stabilization of linear time-varying error dynamics

This study is dedicated to the development of a direct optimal control-based algorithm for trajectory optimization problems that accounts for the closed-loop stability of the trajectory tracking error dynamics already during the optimization. Consequently, the trajectory is designed such that the Linear Time-Varying(LTV) dynamic system, describing the controller’s error dynamics, is stable, while additionally the desired optimality criterion is optimized and all enforced constraints on the traje...     

Trajectory Estimation with Multi-range-rate System Based on Sparse Representation and Spline Model Optimization

The classic state methods for trajectory estimation in boost phase with multi-range-rate system include method of point-by-point manner and that of spline-model-based manner. Both are deficient in terms of model-approximation accuracy and systematic error determination thus resulting in the estimation errors well beyond the requirements, especially, concerning the maneuvering trajectory. This article proposes a new high-precision estimation approach based on the residual error analysis. The residual error comprises three components, i. e. systematic error, model truncation error and random error. The approach realizes self-adaptive estimation of systematic errors in measurements following the theory of sparse representation of signals to minimize the low-frequency components of residual errors. By taking median- and high-frequency components as indexes, the spline model-approximation is improved by optimizing node sequence of the spline function and the weight selection for data fusion through iteration. Simulation has validated the performances of the proposed method.     

地图辅助行人航迹推算技术的室内定位方法

针对目前室内定位技术中位置漂移、定位结果偏差较大的问题,提出了一种融合行人航迹推算(PDR)、地标匹配修正和地图辅助的室内行人定位方法.该方法利用基于惯性传感器的PDR技术计算行人位置信息,利用行走过程中的传感器读数特征识别室内特定地标点,与地标库数据进行匹配后,修正PDR轨迹产生的累积误差.室内地图辅助主要是通过判断行人是否位于走廊等区域,限制轨迹穿墙,约束PDR定位轨迹.实验结果表明,融合定位算法得到的轨迹优于纯惯性递推算法得到的轨迹,更加接近真实的行走轨迹,定位精度提高了51.2％,平均定位误差降至1.8m,满足室内定位需求.     

基于Proximal-Newton-Kantorovich凸规划的空天飞行器实时轨迹优化

针对空天飞行器大气层内上升段实时轨迹优化问题，提出一种基于Proximal-Newton-Kantorovich凸规划的轨迹优化方法。首先，应用Newton-Kantorovich迭代方法将轨迹优化问题转化为一系列的子问题，每个子问题都是一个线性最优控制问题；其次，针对Newton-Kantorovich迭代方法忽略运动方程中的高阶信息，导致难以收敛这一问题，提出Proximal-Newton-Kantorovich迭代方法，在子问题的性能指标中加入邻近规则化项，改善了Newton-Kantorovich迭代方法的收敛性；最后，将子问题离散为二阶锥规划问题，并应用内点法进行求解。提出的Proximal-Newton-Kantorovich凸规划方法是一种求解非线性轨迹规划问题的可行途径。理论分析表明，Proximal-Newton-Kantorovich迭代方法的收敛结果一定是轨迹优化问题的局部最优解。数值实验表明，此方法的计算时间在毫秒级。     

基于改进A^*算法的无人机快速轨迹规划方法

针对旋翼无人机在三维障碍物环境中自主飞行时路径搜索速度慢、轨迹生成通常忽略无人机动力学特性的问题,发展一种基于改进A^*算法并同时考虑无人机动力学特性和运动学性能的快速轨迹规划方法。首先,在三维障碍物环境中运用改进A^*算法通过剔除部分网格节点降低A^*算法的节点计算量,提升算法的路径搜索速度;其次,以最小化飞行轨迹的四阶导数作为目标函数,以路径点处的位置、速度、加速度等各阶导数作为约束条件优化飞行轨迹;最后,在三维障碍物环境中对比A^*算法改进前后的路径搜索结果,并对优化的飞行轨迹进行仿真飞行测试。结果表明:改进A^*算法大幅降低了A^*算法的节点计算量,显著提升了路径搜索速度;且无人机能够始终以较小位置误差沿优化轨迹光滑连续飞行。     

准双曲面齿轮冷摆辗方案回弹误差补偿

提出一种冷摆辗方案,该方案简化了模具结构,采用局部线接触连续塑性成形.采用位移修正算法构建回弹误差补偿迭代系统,对冷摆辗模具进行修正来降低回弹误差.该系统的特点是首先用修正算法预估下一次冷摆辗假设无回弹时工件的几何形状,然后由冷摆辗模具设计原理推出所需要的新冷摆辗模具.基于弹塑性有限元法基本理论,借助有限元数值模拟技术进行实例验证,分析结果证明:该回弹误差补偿迭代系统只需3次迭代工件误差已经在允许的范围内,因此其可大大的缩短生产周期和成本.      

城市风场环境中的无人机快速航迹规划方法

密集的城市障碍环境以及复杂的城市风场干扰对航迹规划的实时性和航迹跟踪的准确性提出了严格要求,为此提出一种城市风场环境中的小型无人机(UAVs)快速航迹规划方法。首先,为了保证航迹规划的高效性,对固定翼无人机运动学方程进行了合理简化。其次,由于障碍环境中的最优航迹难以直接完全塑造,因此根据状态受限的最优控制理论给出了可以使用螺旋线与直线构建近似最优航迹的结论,并据此提出了一种针对城市环境的三维航迹规划方法。然后,通过对无人机运动学模型的分析,从规划角度提出了风场干扰下的航迹设计准则。仿真实验中,首先通过算法对比实验,验证了航迹规划方法的高效性;然后使用六自由度(DOF)飞机模型分别在无风场干扰和有风场干扰的环境下进行了航迹跟踪实验,实验结果证明了风场干扰下航迹设计准则的有效性。