基于EM‑EKF的深空光学自主导航系统光轴偏差补偿算法

在深空探测任务中,光学自主导航的精度受导航敏感器件安装精度的影响较大。提出了一种基于期望最大化-扩展卡尔曼滤波(EM-EKF)的光学自主导航系统光轴偏差补偿算法。算法基于条件概率的思想,预先设定状态变量和观测量的统计特性参数,通过不断地最大化条件期望,得到出现概率最大的状态变量估值和光轴偏差参数估值。该算法可分为4步:EKF、固定区间平滑、求解条件期望和期望最大化,不断迭代即可得到光轴偏差估计值。以火星探测近火段为例进行仿真验证,经光轴偏差补偿后,导航精度由100 km提升至20 km以内。     

Walker星座碰撞检测及碰撞概率分析

针对Walker星座的碰撞问题,在狭义碰撞的基础上,设计一种Walker星座碰撞检测模型。该模型考虑星座实际在轨构型发散与维持偏差,给出了Walker星座构型维持条件下的广义碰撞检测与碰撞概率计算方法,并提出了表征Walker星座构型防碰撞性能的安全度系数。利用该检测模型,在进行Walker星座设计时不仅可以避免狭义碰撞,还可以实现星座在构型维持阈值内的广义碰撞安全性分析,实现星座构型择优。通过案例仿真分析,证明了该系统模型的可行性及可靠性。     

火箭发动机超声速过膨胀射流气动噪声特性研究

采用大涡模拟LES方法计算了火箭发动机超声速过膨胀射流形态及近场声压分布,研究了入口温度与环境温度的比值(温度比)对声场的影响;将声源分解,基于Ffowcs Williams-Hawkings (FW-H)方程获取了不同位置噪声源的远场噪声,并根据声压级频谱和湍流形态分析了超声速射流噪声的产生机理。研究表明,超声速过膨胀射流气动噪声由湍流混合噪声和宽频激波噪声组成,近场噪声源以马赫波形式向大方位角辐射中高频噪声,下游大尺度湍流向低方位角范围辐射低频噪声,声压级峰值频率随观测角度增大而升高;随温度比升高,马赫波辐射角度增大,噪声指向性发生改变。该研究可为运载火箭发动机地面试车或火箭发射段声学环境设计提供参考。     

超声速降落伞工程应用的关键技术研究进展

降落伞传统上在较低的亚声速范围内使用,但随着工程研制的发展,陆续提出了超声速条件下开伞和应用的需求,目前最为引入注目的应用场景为飞行器火星降落伞着陆和运载火箭子级落区控制。但作为一项前沿技术,有别于目前已较为成熟的在亚声速范围的应用,超声速降落伞面临更为恶劣的应用环境和复杂的技术问题,对分析和应用提出了更高的要求。为此近几十年国内外均开展了相关研究工作,推动技术不断进步并取得了长足进展。对超声速降落伞的种类、特殊性和面临的关键技术问题进行了梳理,对当前关键问题的困难、研究进展和飞行试验情况进行了综述。在总结进展基础上提出了该项技术工程应用的对策。     

一种不依赖剩余时间估计的巡航导弹多约束制导律

针对巡航导弹末段多约束精确打击问题,提出了一种不依赖剩余时间估计的攻击角度/时间制导律。推导了航向弹目相对运动关系,设计了一种基于附加航向角设计的时间约束制导律,通过对时间增益系数的设计和优化,实现附加航向角的调节,可使实际飞行时间向期望时间快速收敛;在此基础上,将角度约束制导律与时间约束制导律相结合,得到了一种角度/时间约束制导律。该制导律不依赖于剩余时间估计,进而实现多约束条件下航向轨迹自适应调整;通过求解偏置导引律闭环轨迹分析得到轨迹收敛条件,给出满足角度/时间约束制导律的显式收敛条件。最后通过数学仿真验证了本文提出的航向多约束制导律可满足时间和角度等多约束条件且具有快速收敛特性。     

轻量化环氧树脂复合灌封材料均匀性工艺研究

轻量化环氧树脂灌封材料在机械、电子、航空航天等领域有着广泛的应用,轻量化环氧树脂灌封材料中不同密度的填料在固化过程中发生分层等现象,会降低环氧树脂灌封材料的均匀性并产生应力集中,影响材料的各项性能。通过向体系中加入空心玻璃微珠作为轻量化填料,并设计了偶联处理、低温凝胶工艺、添加小粒径氮化硼等不同的均匀性提升工艺方案,研究了不同工艺条件对环氧树脂灌封材料体系的密度与均匀性的影响。结果表明：偶联处理工艺对于均匀性的影响较小,无法有效抑制体系的分层现象;低温凝胶工艺与小粒径氮化硼填料的添加能够将环氧材料体系的密度差分别降低至0.069g/cm³与0.015g/cm³,显著提升了环氧树脂灌封材料的均匀性。     

分数阶控制器实现方法研究

研究了分数阶控制器的模拟和数字实现方法,其中数字实现是重点。数字实现是通过构造一个新的IIR型数字滤波器来对函数的分数阶微积分计算进行近似求解,然后对该滤波器进行连分式展开来完成的。以PID控制为例进行的数值仿真结果表明,用此方法设计的离散分数阶PID控制器比传统离散整数阶PID控制器具有更优的控制性能,同时也验证了该数字实现方法的正确性与可行性。     

绳系太阳能发电卫星姿态机动的主动振动控制

针对绳系太阳能发电卫星大角度回转机动时太阳能板的振动抑制问题,提出了主姿态控制和基于绳中张力的主动振动控制技术相结合的复合控制方法。建立了绳系太阳能发电卫星系统的动力学方程,并基于任务函数控制算法设计了主控制器保证卫星姿态的渐近稳定和挠性结构振动的衰减性;考虑到绳的非线性特性,基于任务函数控制算法设计了绳系卫星系统的主动振动抑制辅助控制器来抑制挠性结构的振动。设计的同时证明了系统的稳定性。将该方法应用于绳系卫星的大角度单轴回转机动的仿真研究,结果表明:该方法不仅能够使绳系卫星完成姿态机动,而且能够有效地抑制太阳能板的振动。     

展向行波状Lorentz力的波数对壁湍流控制的影响

展向行波状Lorentz力可以有效调制湍流近壁流动及减少壁面摩擦阻力。为了解行波波数在壁湍流控制中的影响,并进一步揭示该方法的减阻机理,本文利用Fourier-Chebyshev谱方法,通过直接数值模拟（DNS）,对槽道湍流的展向行波状Lorentz力控制和减阻问题进行了研究,讨论了展向波数kz对近壁流动及壁面阻力的影响。结果表明,当展向行波状Lorentz力诱导的流场被用来调制固有的近壁湍流流场时,固有流场和诱导流场同时受到调制。Lorentz力的展向波数对流场调制效果具有显著影响。通过波数的选择,引进新的涡结构,可以调制条带结构的展向间距与强度,影响近壁流体的湍流猝发活动,从而调制壁面摩擦阻力的大小。     

基于卡尔曼滤波器的高动态GPS载波跟踪环

为解决传统锁相环( PLL)在高动态环境下对全球定位系统(GPS)信号的跟踪精度问题,将自适应渐消滤波和二级卡尔曼滤波相结合研究了一种新的自适应二级卡尔曼滤波算法,并且提出了一种利用新息协方差计算渐消因子的方法,通过自适应渐消因子在线调节误差协方差矩阵补偿不完整信息的影响,使滤波器在系统模型不完整或者噪声统计特性不准确时仍接近最优.基于自适应二级卡尔曼滤波算法提出了一种高动态GPS载波跟踪环的设计方案.仿真结果表明,提出的方案较传统PLL的跟踪精度有显著提高,频率跟踪精度提高到9.28Hz.