运载火箭动力系统故障下制导控制技术研究进展

动力系统故障是导致运载火箭发射任务失败的最常见原因,从动力系统故障建模、自主制导和容错控制方面,系统地阐述了动力系统故障下运载火箭制导控制技术的研究进展,为发展新型制导控制算法提供了思路。建立了推力下降故障和执行机构故障的数学建模,并对比了国内外先进运载火箭的制导控制性能;总结了动力系统故障下自主制导所涉及的轨迹优化和制导算法;在被动、主动容错控制框架内,回顾了典型的故障诊断、控制重构、容错控制和震动抑制方法;同时,概述了人工智能技术在自主制导和容错控制方面的应用;结合“会学习”的运载火箭概念,讨论了人工智能技术在促进运载火箭自主化和智能化方面的发展趋势,对未来智慧火箭的制导控制技术进行了展望。     

近地轨道航天器编队仅测距相对导航方法

针对地球中高轨道卫星导航信号不可用或不可信赖情况下的航天器编队自主相对导航问题,提出一种基于星载数据链仅测距的航天器相对导航新方法。首先,在地球非球形J2引力摄动条件下建立适用于椭圆轨道的线性化相对运动动力学模型,并建立基于星载数据链的飞行时间测距模型。然后,通过理论推导与数值仿真结合的方式对建立的仅测距相对导航系统进行可观测性分析,得出至少存在三种镜像模糊轨道的结论。接着,建立可用于提升系统可观测性的几何拓扑一致性约束模型,设计基于一致性无味卡尔曼滤波的分布式估计策略,并研究对应的相对导航误差传播规律。最后,通过标准蒙特卡洛打靶对所提算法进行仿真校验。仿真结果表明,相比于Tschauner Hempel(TH)动力学模型,利用建立的J2摄动相对运动动力学模型设计的仅测距相对导航系统能达到更高的相对导航精度,一致性无味卡尔曼滤波算法也能够有效提高编队导航的可观测性。     

基于融合伽马变换全卷积神经网络的火星地貌分割方法

为了让火星巡视器在有限的寿命内能获得更多的科学产出,需要提高巡视器在火星表面的自主通过能力,而火星表面地貌类型是评估巡视器可通过性的重要信息。因此,提出了融合伽马变换的全卷积神经网络(FCN)火星表面地貌分割算法。首先,考虑对巡视器通过性的影响,确认地貌分类的类型,基于好奇号拍摄的火星地表图像Mars32K数据库,构建地貌分割数据集;其次,使用自适应伽马变换(AGT)对灰度单一的火星图像进行预处理,减弱了光照等因素干扰;最后,利用数据集训练一个FCN,以实现对火星表面地貌的分割预测。仿真结果表明:网络测试准确率达到83.03%,地形分割预测结果可靠,验证了方法的可行性。     

航天继电器微观形貌参数与电气参数融合方法研究

航天继电器接触性能的好坏直接影响整个系统的稳定运行,为全面分析其接触性能,研究了一种融合触点表面微观粗糙度参数与宏观性能参数的方法。利用非接触式表面形貌仪扫描恒定温度应力贮存加速试验后的触点表面,建立触点组接触差平面,提出接触粗糙度参数的概念并计算这些参数。采用灰色关联度分析法分析接触电阻与多个特征参数之间的灰色关联度,以接触电阻为桥梁,根据参数之间的灰色关联度对多维特征参数进行融合,特征融合之后的参数与接触电阻参数曲线图的变化趋势基本一致。分析结果表明:该方法可对继电器微观和宏观参数进行有效融合,综合反映继电器贮存期间的接触性能情况。     

着陆小行星的视线测量自主光学相对导航算法及其可观性分析

 以软着陆小行星为工程应用背景,提出了基于视线(LOS)测量的自主光学相对导航算法,并对导航算法的可观性进行了比较深入的分析研究。首先,基于透视投影模型的共线方程,给出了导航测量方程和测量敏感矩阵;接着,通过多个视线矢量的测量,应用高斯最小二乘微分修正(GLSDC)和龙贝格-马尔塔(LM)算法对探测器的位置和姿态参数进行了估计。然后,通过对误差方差阵逆矩阵秩的分析,比较详尽地分析了不同数量视线观测条件下导航算法的可观度和可观性。最后,通过数学仿真对所提出的自主导航算法的可行性进行了验证。     

基于最优控制的高超螺旋俯冲轨迹设计

针对高超声速飞行器在俯冲阶段的突防与制导问题,提出了一种基于最优控制的螺旋俯冲轨迹设计方法。首先,根据二阶视线角加速度相对运动方程强耦合、非线性的特点,引入了反馈线性化技术,将非线性系统转化成了线性系统;其次,为了让飞行器实现对目标的期望角度打击,在状态方程中引入了终端落角约束项。然后,以零化视线角速率和使消耗能量最小为目标,采用最优控制得到了加速度形式的控制输入。接着,为了让飞行器在空间内进行螺旋机动,设计了螺旋加速度控制飞行器速度矢量可绕瞬时视线轴进行旋转;最后,考虑到机动与制导的冲突,设计了高度函数使得最优与螺旋两种信号进行匹配。仿真结果显示,在面对相同的防空威胁时,与基于比例螺旋的轨迹相比,本文设计的俯冲轨迹具有更好的突防效果。     

星际着陆自主障碍检测与规避技术

 为了在具有科学价值的复杂地形区域实现安全着陆,未来的星际着陆器必须具备自主障碍检测与规避的能力。从星际着陆导航传感器技术、自主障碍检测方法和自主障碍规避技术3个方面出发,对星际着陆自主障碍检测与规避技术进行较全面的分析和总结。首先,对适用于星际着陆自主障碍检测的各种主动式和被动式传感器的工作原理、优缺点进行较深入的阐述;接着,基于不同传感器的测量信息,对各种自主障碍检测方法的障碍检测能力、优缺点进行较详细的对比分析;然后,基于多信息融合的自主障碍检测方法,对安全着陆点选择的原则进行阐述;最后,对星际着陆自主障碍规避流程和适用于星际着陆自主障碍规避的制导控制方法进行较系统的总结。     

遥感技术在西藏土地资源调查中的应用

过去5年来,我国利用遥感技术完成了全藏120多万平方公里的土地资源调查,获取了大量的土地资源数据、图片和报告。本文主要介绍了航天和航空遥感技术在这次调查中的应用以及所取得的社会和经济效益。     

失效卫星远距离相对位姿估计与优化方法

针对远距离非合作慢旋目标位姿估计精度问题,提出一种融合图像超分辨与视觉SLAM的相对位姿估计方法。算法主要包含3个步骤：通过梯度引导生成式对抗超分辨技术,提升目标图像的质量以获取更多更高质量的特征点;构建特征数据库实现当前帧与特征数据库的匹配,提升旋转目标的特征跟踪稳定性;利用图优化对多帧图像进行联合位姿优化,消除累计误差,得到更为精确的估计结果。为稳定网络的训练,将自然进化算法引入到对抗训练中。为增强模型的泛化性和鲁棒性,实验中的数据集采用半物理仿真获得。实验结果表明,当等效距离为25 m且失效卫星以25（°）/s的速度旋转时,目标图像经超分辨网络增强后,能够实现连续稳定的长时间测量。     

时变拓扑卫星集群分布式自主相对导航方法

针对时变拓扑卫星集群的相对导航需求,提出了基于图论的时变拓扑分布式一致性无迹卡尔曼滤波算法。首先给出了固定拓扑卫星集群的相对运动方程、测角测距测量模型和无迹卡尔曼滤波算法,然后考虑测角失效时相对导航系统不可观或弱可观的问题,结合矢量环一致性约束,构造了一致性无迹卡尔曼滤波算法,以提高系统的可观度;在此基础上,针对时变拓扑卫星集群,以滤波精度为优化指标,在图论的基础上利用Dijkstra算法对卫星集群的时变拓扑结构进行重构,并将重构后的拓扑结构应用于卫星集群相对导航。仿真结果表明所提算法能有效改善不完备测量带来的模糊轨道问题,并且能够实现实时的拓扑重构,以满足时变拓扑星群的相对导航精度要求。