前沿技术发展及在航天装备中的应用

正当前,以美国为代表的各军事大国加速推动高超声速、自主系统、定向能等前沿技术的研究开发,其中有些技术正处于探索阶段,有些技术已完成分系统和总体验证试验,有些技术甚至已进入工程应用阶段。综合来看,这些前沿技术与传统技术相比,在形态上更具有超越性和突变性,在效能上更具备革命性和颠覆性。在航天领域,前沿技术是能够根本改变现有航天技术的状态以更好满足用户需求的技术,它是一种全新的技术或对现有技术的创新应用以及创新技术(性能属性)的不同组合等。航天相关的前沿技术打破了传统的技     

非合作无源探测中的假设检验弱目标检测方法

在非合作无源探测系统中,弱目标回波不仅会受到强直达波、强多径的干扰,还会受到强目标的掩盖干扰,因此很难对其进行有效检测。为了解决这一问题,提出了一种基于多择复合假设检验的弱目标检测方法。首先将接收信号投影到多径干扰的正交补子空间内,以消除强直达波和强多径干扰,然后将目标检测看作一个多择复合假设检验问题,建立了与之相应的基本框架模型,利用最大后验估计方法对目标时延、多普勒频移及信号幅度等参数进行估计,构造检验统计量,设置相应的门限,根据假设检验结果,逐个消除强目标干扰从而达到检测弱目标的目的。仿真结果表明,本方法可以有效抑制强直达波、强多径及强目标干扰,有效检测出弱目标,且虚警率低。     

椭圆轨道非线性相对运动模型的周期解与应用

在长期的航天器编队飞行中传统的基于线性相对运动模型设计编队保持轨道的方法会引起较多的燃料消耗.首先采用摄动法解析地求得了考虑二阶非线性项时椭圆轨道相对运动模型的周期性条件和周期解;然后以此周期解为参考轨道设计了基于Lyapunov稳定的PD保持控制律.仿真结果表明:基于椭圆轨道非线性相对运动模型的周期解较基于椭圆轨道线性相对运动模型的周期解,精度明显提高;以前者为参考轨道的保持控制与以后者为参考轨道的保持控制相比,燃耗明显降低.     

基于制导信息的一维波束可控随机脉位脉冲多普勒引信技术研究

针对空空导弹引信的任务特点,综合采用了基于制导信息的起爆控制算法技术、自适应调整天线波束倾角技术、基于频域信号处理的数字信号处理技术设计了总体技术方案.仿真分析和试验表明,系统实现了对作战飞机、导弹等不同类型目标的智能探测,提高了对目标的探测灵敏度和抗干扰能力.     

空中加油伸缩套管控制研究

研究了对接包线内伸缩套管的建模和控制问题。建立了大气扰动中的伸缩套管模型,采用H∞方法设计了伸缩套管的控制律,并进行了仿真。仿真结果表明,在该控制律作用下,伸缩套管系统具有良好的跟踪能力,抗干扰性能提升了1个数量级。     

气氦热沉结构优化设计

气氦热沉是月球超低温环境试进行设计,运用flowmaster软件,根据气氦热沉的结构进行建模仿真.在给定热负荷的条件下,得到热沉内氦气的流量分配和温度分布规律,并对初步设计提出两种优化方案.计算出气氦热沉的翅片最高温度,最后提出气氦热沉结构的设计方法和原则.     

空间操作与非开普勒运动

通过总结过去五十年航天技术发展的特点,说明空间操作是未来空间活动的主流和必然。空间操作要求飞行器机动具有快速性、自主性、精确性以及大范围可达性。机动轨道不再是开普勒轨道,用于描述天体运动的开普勒理论已不能完全适用。提出了非开普勒运动的定义、内涵,对研究该问题的方法进行了探讨,提出了特例研究法和普遍研究法,最后提出了非开普勒运动的主要研究方向建议。所提出的非开普勒运动概念有助于更加深刻理解和研究空间机动的本质,可以牵引空间机动相关理论和技术的进一步发展,为新世纪航天技术发展奠定基础.
     

稀疏拟谱最优控制法求解Goddard火箭问题

提出了一种新的基于直接转化法的求解基于常微分方程(ODE)和微分代数方程(DAE)的最优控制问题的数值方法.该方法通过Legendre-Gauss拟谱法同时离散化状态变量和控制变量,把最优控制问题转化为一个非线性规划问题,并利用改进的多相处理方法避免优化无控段,同时基于稀疏矩阵探索其一阶导数信息.数值结果表明,与传统的直接转换法相比,该方法是一种通用高效的精度较高的ODE/DAE最优控制直接数值求解法.最后,从工程观点出发,应用该方法成功求解了终端自由有路径约束的奇异最优控制问题Goddard火箭问题.     

基于直接配点法的月球软着陆轨道快速优化

介绍了直接配点法在月球探测器软着陆轨道快速优化问题中的应用.首先给出了软着陆最优化控制问题模型,其中状态方程为量纲为1的三自由度模型,性能指标选为燃料消耗最小,控制变量则为推力攻角和推力.终端状态受到速度和高度的约束.然后,应用直接配点法将最优控制问题离散化为非线性规划问题,即将动态优化问题转化为静态参数最优化问题.选取各节点和配点上的状态量和控制量作为优化参数.最后应用基于Matlab语言的SNOPT软件包对参数最优化问题进行求解,该软件包对于求解大型非线性规划问题具有很好的收敛性.仿真结果表明直接配点法对于月球探测器软着陆轨道初始状态量和控制量的取值不敏感,且求解过程具有一定的实时性.因此,直接配点法对于再入轨迹优化问题的求解是可行的.     

小卫星临近作业轨道和姿态联合控制

建立了小卫星相对轨道和姿态的误差动力学模型,根据作业任务和姿态指向要求确定了小卫星相对轨道和姿态的期望运动;采用相对轨道和姿态联合控制策略,并考虑小卫星作业过程中质量和转动惯量的不确定性,设计了自适应全状态反馈控制律;数值仿真结果表明该控制律具有较强的自适应性。