多冲量近程交会最优化模型

文章基于Lawden方程对椭圆参考轨道的近程最优交会问题进行了研究,并提出了一种混合遗传算法求解最优近程交会问题。首先在一定假设条件下给出了目标在椭圆参考轨道的近距离相对运动模型——Lawden方程,构建了多脉冲最优交会问题模型并进行了理论分析。性能指标选为轨道交会过程中燃料消耗和时间消耗加权最小的多目标优化指标,优化参数为脉冲大小和脉冲施加时刻,终端状态受到相对位置和相对速度的约束。然后介绍了具有较强全局和局部寻优能力的混合遗传算法。最后以四脉冲为例进行仿真计算。仿真结果表明,是否考虑第一次脉冲位置,总燃料消耗变化不明显。因此,追踪航天器一旦捕获到目标信息即可施加第一次脉冲。仿真结果还证明了混合遗传算法在求解最优交会问题时的有效性。因此,混合遗传算法对基于Lawden方程的椭圆参考轨道近程最优交会问题的求解可行。     

近圆轨道卫星编队捕获技术研究

基于近圆参考轨道的假设,研究处于同一入轨点多颗卫星的编队捕获方法.首先由高斯型拉格朗日轨道摄动运动方程得到轨道坐标系中控制冲量与轨道根数偏差的关系,基于近圆轨道的条件简化并带入相对运动方程,得到控制冲量与相对运动的关系表达式;通过深入分析各个方向(径向、沿迹向与轨道面法向)的控制冲量对相对运动的影响,给出了分别用径向与轨道面法向控制冲量组合和沿迹向与轨道面法向控制冲量组合实现编队捕获的两种控制策略;最后给出了一个空间圆编队捕获实例,并从燃料消耗、施加冲量次数及捕获时间等角度对比研究了两种控制策略的特点.仿真结果表明,这两种控制策略简单、实用,能够较好地解决近圆轨道卫星编队的捕获问题.      

基于冲量变轨原理的地球同步卫星有限推力变轨策略

  推力有限时,地球同步轨道卫星在远地点变轨的弧段很长,会导致较多的燃料消耗。基于冲量变轨原理,研究了地球同步轨道卫星远地点有限推力多次变轨问题,提出了具有星下点约束的最省燃料变轨方案,给出了每次变轨的推力方向和点火起止时刻及最优中间过渡轨道。仿真结果验证了该方案的有效性。     

载人小行星探测目标选择与轨道优化设计

针对2020-2040年载人小行星探测任务,研究了探测目标选择与轨道优化设计问题。首先,针对已编目的近地小行星,综合考虑绝对星等、燃料消耗等多方面因素与约束,给出了适合载人探测任务的候选小行星序列;然后,构建了载人小行星探测任务轨道的设计模型,采用参数优化算法对探测轨道进行了设计;进一步,为了获得最优探测轨道,利用主矢量原理对探测轨道进行了优化。该研究可为载人小行星探测任务设计提供有价值的参考。     

航天器双主动交会策略研究

从理论上分析了共面近地圆轨道上的航天器的远程双主动交会的问题.根据轨道动力学基本原理,导出各种情况下特征速度的解析解,为航天器变轨时的燃料消耗分析提供了依据.进一步探讨了航天器轨道转移过程中的时间策略,以保证在不同轨道上运行的航天器在同一时刻、同一空间位置交会.上述理论分析的仿真计算结果表明,双主动交会总特征速度和过程耗时都低于主被动交会情形,单星的燃料消耗大大降低,对大范围快速变轨,优势更加明显.     

基于二次方程组的邻近圆轨道四冲量最优交会

研究了一种基于二次方程组的邻近圆轨道四冲量最优交会的求解方法．给出邻近圆轨道交会的无量纲化动力学方程及相应的基向量方程,介绍由Carter提出的一种基于二次方程组的四冲量最优交会的求解方法,在提出邻近圆轨道最优冲量交会的原始解、相反解、对偶解、对偶相反解概念的基础上,分析基于二次方程组的四冲量最优交会的求解方法存在的问题,并给出修正方法．仿真结果表明,该方法是对Carter提出的基于二次方程组的四冲量最优交会求解方法的有效补充．     

能量最优与燃料最优Lambert交会问题

Lambert双脉冲交会问题是航天工程中轨道转移和在轨交会等领域的重要问题,而能量最优和燃料最优Lambert交会问题是针对典型应用背景和工程需求衍生的一类Lambert优化问题。针对能量最优与燃料最优Lambert双脉冲交会问题提出一种基于矢量形式的解析计算方法,给出能量最优和燃料最优Lambert交会问题的矢量形式解析解,同时对2种最优交会问题求解的性质与特点进行了分析对比。仿真结果验证了计算的正确性及燃料最优轨道相比能量最优轨道燃料消耗较少的事实。      

非合作目标安全走廊设计及飞越逼近轨迹优化

为提高空间非合作目标近距离逼近轨迹的安全性,同时对接近时间及所消耗燃料进行优化,针对空间失效自旋非合作目标近距离接近问题,给出了失效卫星动态安全走廊,并以飞越逼近方式抵达走廊入口,进一步提出了飞越逼近轨迹优化方法。首先,在建立失效卫星自旋模型的基础上,规划了安全区与禁飞区,提出了2种安全走廊的选择依据。其次,采用飞越逼近作为近距离接近方式,以节约燃料和缩短逼近时间为目标对两脉冲机动模型进行优化,选择3种优化算法得到接近轨迹。仿真结果表明:安全走廊的选择与卫星失效自旋的形式、外形以及接口位置有关;在飞越逼近两脉冲机动模型的优化问题中,采用Fgoalattain算法进行优化处理更具优越性。      

一类最省燃料优先的多圈飞行脉冲交会

通过分析采用多圈飞行Lambert解的双脉冲交会的特征速度与转移轨道半长轴的关系,指出其最优解实际上是2N+1条满足时间约束的转移轨道中燃料较省的,而非最省燃料轨道.提出将双脉冲交会的首次脉冲矢量分解成方向相同的两次脉冲,使得追踪器在特定的滑行轨道飞行N圈以消耗多余的转移时间,利用剩余的转移时间沿最省燃料轨道与目标交会.几何上证明了这种交会的特征速度与最省燃料转移相同,并且给出了解的存在性条件.通过仿真验证了这种交会比采用多圈飞行Lambert解的双脉冲交会更省燃料,解的存在性对转移时间的长度要求更低.     

脉冲推力轨道拦截可达性描述及求解方法

针对航天器单脉冲轨道拦截可达性分析问题,基于共面变轨、逆轨拦截假设,考虑能量、时间和交会角约束,提出了拦截航天器可拦截区和可发射区的概念。在航天器单脉冲空间可达范围的基础上,进一步考虑了目标轨道的约束,建立了目标轨道命中区的计算策略,对异面轨道交叉点为燃料最省点做出了解释。把拦截可达性相关的问题归纳为8个基本拦截问题,通过这8个问题的组合,描述了考虑能量、时间和交会角约束下拦截问题的可拦截区和可发射区的计算方法。采用圆轨道共面变轨、逆轨拦截场景进行了仿真验证,结果表明该方法能够快速有效地计算出约束条件下航天器的拦截可达范围,能够用于分析特定任务情况下的拦截可达性。     

编队歼击机超视距截击效能评估

应用兰彻斯特理论研究了编队歼击机超视距截击的效能评估问题.对照兰彻斯特理论假设条件与超视距截击背景,使用第二线性律与平方律分别描述了截击空战的探测阶段与射击阶段.以最大损失交换比为原则,将火力分配引入到评估模型中.利用机载雷达的探测概率与空空导弹的击毁概率,分别建立了每架飞机探测效能与射击效能的动态模型.算例表明,突击方护航歼击机的价值系数显著影响拦截方的火力分配,拦截方选择先攻击护航歼击机再攻击歼击轰炸机的战术,采取电子对抗措施,提高飞机生存力均可提高截击效能,该模型计算简便、合理有效.     

数字全息粒子图像测速技术研究

 通过全息照相及再现的理论分析,进行了数字全息计算机数值模拟,利用快速傅里叶变换技术(FFT)对拍摄到的干涉条纹进行了图像复频域的信号分析,实现了数字全息的复频域滤波技术和全息图的小景深再现技术,应用于数字全息粒子图像测速DHPIV(Digital Holography Particle Image Velocimetry)技术.并对立方体对角复杂流动流场进行了试验测量,得到了空间中的三维速度向量场分布,进而得到了三维流线的空间分布,实现了具有时间序列全流场三维空间的三维速度场测量.     

最优冲量交会的研究进展

 对最优冲量交会的研究进展进行综述,介绍最优冲量交会中四类比较典型的研究成果：基于冲量校正理论的最优冲量交会、Lambert最优冲量交会、利用数值方法求解的最优冲量交会和基于邻近圆轨道交会理论的最优冲量交会,并分析这些类型的最优交会的特点。     

拦截高速目标的全向真比例制导律研究

针对高速目标拦截问题,提出了能自动选择拦截模式并调整拦截弹速度,兼具顺、逆轨拦截能力的全向真比例制导律(OTPN),该制导律可以满足对高速目标实施全向拦截制导的需求。本文在高速目标的比例拦截制导研究中,发现存在2个满足成功条件且比例关系符号相反的制导终点,分别对应顺、逆轨拦截模式;在制导律的设计中综合控制加速度限制因素,通过制导比例关系的正负变换放宽了初始拦截约束条件。数值仿真结果验证了OTPN的正确性和有效性,与其他制导方案的拦截仿真比较表明:同等拦截条件下OTPN的捕获范围、拦截时间和总控制量需求等参数均优于经典比例和负比例制导律;通过捕获能力仿真,研究了控制加速度上限和比例系数取值对OTPN拦截捕获能力的影响。      

最优气动力辅助空间拦截和交会

航天器从高轨道向位于低地球圆轨道的靶目标实施拦截或进行交会 ,并用间接求解的直接伴随方法 ,即用D型拉格朗日方法求解其优化问题。拦截条件是指在最终时刻两者的位置相同 ,而交会条件是指不仅位置相同且最终的速度矢量亦相等。文章讨论了最小时间与最小脱靶量 ,或最小时间与最小燃料消耗的复合性能指标 ,以及推力协同机动的优化解。推力协同下 ,对于特定情况 ,如在热流约束边界部分推力弧是奇异的 ,气动力控制是正常的。这种复杂性和奇异问题的求解在拦截和交会问题中都是值得慎重处理的。     

主动防御飞行器的范数型微分对策制导律

针对具有主动防御能力的飞行器受到攻击导弹的威胁后发射一枚导弹进行防御的制导问题,基于微分对策理论对飞行器和防御弹的制导律进行了设计和分析。首先,对于飞行器、防御弹和攻击弹的侧向控制均有界的情况,基于一种范数型的性能指标推导得出了对策三方的最优制导策略。然后,当攻击弹采用不同制导策略时,对飞行器和防御弹能够对策成功的条件进行了分析,给出了飞行器能够实现逃逸和防御弹能够完成拦截的最小机动条件。最后,进行了非线性仿真,结果表明了所提制导律的有效性,并验证了飞行器若要逃脱攻击弹需满足其最小逃逸机动条件,防御弹若要拦截攻击弹需满足其最小拦截机动条件。      

无约束结构光三维测量系统方法研究

传统的结构光三维测量系统对摄像机和投影仪的摆放有严格的要求或者标定过程较为复杂。本文根据光平面的概念通过增加光平面的参考点和法向量参数,使摄像机和投影仪之间位置无约束并简化标定过程,对这一方案进行理论分析和研究,提出了这一方法在实现上的基本原理,并进行了实验验证。实验结果验证了理论分析的正确性和应用的可行性。     

基于扩张状态观测器的导弹滑模制导律

针对导弹拦截机动目标的问题,基于扩张状态观测器(ESO,Extended State Observer)设计了一种全新的导弹滑模制导律.考虑拦截时的弹目相对运动关系,通过ESO对目标加速度进行实时的观测和动态补偿,有效地解决了导弹拦截末端所需过载过大的问题,使导弹能够以更小的脱靶量拦截目标.同时在仿真中考虑自动驾驶仪的二阶动态特性,分别以不同的初始航迹角对周期性机动目标和非周期性机动目标进行拦截打击仿真,并与基于有限时间收敛理论提出的滑模制导律对迎击拦截、追击拦截和前向拦截3种方式进行仿真对比,仿真结果表明了基于ESO的滑模制导律在拦截末制导过程中的鲁棒性和优越性.      

多拦截器总体拦截方案设计与分析

多拦截器(MKV,Multiple Kill Vehicle Interceptor)通过采用一个运载母仓携带多个小型动能拦截器对目标实施动能拦截,有望克服传统动能拦截武器多目标识别及拦截的难题.以MKV对远程弹道导弹多弹头中段拦截为背景,设计了MKV的总体方案,分析了MKV基本作战流程;并分别针对MKV制导策略、释放策略、MKV机动能力对拦截的影响以及MKV目标分配策略等几个关键问题开展研究.仿真分析表明,采用所设计的MKV方案能够实现对远程弹道导弹多弹头的拦截.