吸气式组合动力高超声速飞行器上升段制导方法研究

针对涡轮/冲压/火箭三组合动力水平起降高超声速飞行器爬升段飞行轨迹设计和制导律设计问题,首先考虑宽速域组合动力发动机多模态特性和高低速气动特性差异,分别开展了涡轮段、引射段、纯冲压段及冲压火箭段的飞行策略研究,提出了不同阶段的飞行攻角剖面构型和火箭流量剖面构型,将无穷维轨迹优化问题转化为有限维参数规划问题,进而完成了组合动力上升段飞行轨迹的优化设计;在此基础上,结合轨迹线性化控制方法,开展了组合动力上升段轨迹跟踪制导律设计研究,给出了保证闭环稳定性和控制品质的制导律参数设计准则,最后通过开展仿真分析说明了提出轨迹设计及制导方法的有效性。     

考虑多禁止指向区域的航天器反步姿态机动控制

针对规避多个禁止指向区域的航天器姿态机动控制问题,本文在利用势函数法构造约束条件的基础上设计了一种基于反步法的航天器姿态机动控制律。首先,构造了一种通用的基于误差四元数的航天器锥形禁止指向姿态集描述,并将其转化为凸约束集形式。其次,基于该凸约束集,提出了一种物理意义明确的新型凸势函数构造方法,且该势函数仅存在唯一全局最小值,避免了传统势函数的局部极小值问题。进一步地,考虑多个禁止指向区域,设计了一种基于反步法的航天器姿态机动控制律。最后,通过典型数值仿真算例表明了本文所提出控制算法的有效性和优越性。     

基于地形匹配的高超声速飞行器初始定向偏差在线辨识方法

针对高超声速飞行器机动发射条件下自瞄准时间短、初始定向偏差大的问题,提出一种基于地形匹配的初始定向偏差在线辨识方法。以综合初始对准和姿态控制的惯性系统导航误差模型为分析基础,融合相邻两个地形匹配区两次地形匹配定位结果,建立了初始定向偏差在线辨识模型,并从惯性系统工具误差系数偏差和地形匹配定位误差两方面讨论了辨识模型的适应性。以美国高超声速飞行器CAV H为研究对象建立仿真环境,采用蒙特卡洛法检验初始定向偏差辨识效果。仿真结果表明,在地形匹配定位误差为173.88 m (3σ)情况下,初始定向剩余偏差平均值为8.42″,最大值为34.65″,能够有效提高惯性系统导航精度,并且有助于缩短发射准备时间、提高武器系统生存能力。     

充液挠性航天器姿态机动控制的多目标优化

针对充液挠性航天器姿态快速机动、快速稳定的控制要求,为减小姿态机动对挠性附件振动和液体晃动的激发,设计了一种基于正弦型加加速度的姿态机动路径规划方法。为进一步提高姿态控制性能,提出了一种基于云多目标粒子群算法的姿态控制器参数和机动路径参数联合优化方法。以最小化充液挠性航天器三轴姿态达到指定指向精度的时间以及三轴姿态稳定度,构建多目标优化模型,并应用云多目标粒子群算法求取姿态控制器参数和机动路径参数的Pareto最优解。仿真结果表明:采用多目标联合优化算法得到的控制器与路径参数,能够有效减小液体晃动和挠性附件振动,显著提高充液挠性航天器大角度姿态机动的快速性和稳定性。     

垂直电磁发射系统及其控制技术研究

大推力电磁弹射技术是利用大功率直线电机的电磁推力驱动载荷在短时间、短行程内迅速达到超高速度的新型发射技术。针对大质量载荷高速度垂直发射系统需求,通过方案对比,采用多重化双边型永磁同步直线电机作为动力方案,并针对功能需求,设计了能够满足多规格载荷连续发射的自适应电磁发射系统样机、直线电机样机电磁方案及其配套变流器,并通过实验室内小型水平式双边型永磁同步直线电机实验平台验证了直线电机的力能指标与电磁发射控制功能。     

星载运动附件扰动抑制方法研究

为改善高分七号卫星（GF-7）在附件（特别是双轴定向天线）运动时的姿态稳定度,研究了星载附件指向运动平滑及其扰动抑制方法。首先,针对卫星姿态扰动主要来源于对地数传天线对地面通信目标的快速捕获运动的情况,通过引入具有角速度全局光滑性的路径平滑技术对天线的目标捕获过程进行规划;其次,针对含有双轴运动天线的整星姿态运动,建立了适用于任意星体运动速度下的一般动力学方程,并进行了对比验证。进而根据规划后的天线运动引起的扰动力矩对姿态控制系统引入前馈补偿,从而抑制天线运动对整星姿态的扰动影响。基于提出的扰动抑制方法进行数值仿真,结果表明,运动平滑与力矩补偿结合的协同控制技术可将天线扰动削减90%以上。     

基于月光偏振罗盘的载体自主定位方法

为了克服现有偏振定位技术无法全天时工作的缺陷,充分发挥偏振定位技术的自主性,提出一种夜间环境下基于月光偏振罗盘的载体自主定位方法。设计了仿生月光偏振罗盘传感器,改进了一种基于偏振度阈值检测的月亮高度角计算方法,通过实时更新月亮赤经、赤纬和格林时角,利用不同时刻的月亮高度角解算出载体经纬度信息。最后进行静态实验,验证了算法的可行性。实验结果表明,该方法可以稳定获取载体经纬度信息,且定位误差为42.34km。该方法增强了偏振定位技术的全天时性能,在夜间环境下的自主定位领域有着重要应用价值。     

存在初始引导场情况下的无碰撞磁场重联

采用二维三分量的全粒子模拟方法研究了不同初始引导场情况下的无碰撞磁场重联及初态为一维的Harris电流片.结果表明,Bz0＞0.5B0的强引导场不仅会显著改变粒子的运动轨迹,而且会改变重联区附近的电场和流场结构,从而影响重联率和电子加速.运用广义欧姆定律解释了不同引导场下电场的结构特征.另外,通过对扩散区附近束流电子的跟踪研究发现,在二维模型中,不论引导场强弱,位于扩散区中心垂直模拟平面的感应电场对电子加速起主要作用,而扩散区外平面电场的贡献很小.      

飞行器实时测控信息融合体制研究

飞行器实时测控系统是一个典型的多传感器系统,其多源信息需要融合处理,融合处理能够有效提高实时测控的准确度、可靠度和智能化水平。本文分析了信息融合技术对飞行器实时测控的作用,初步探讨了飞行器实时测控信息融合的功能定义、结构模型、融合方法等,并提出了工程应用中的关键技术和问题。