月球表面巡视探测GNC技术

嫦娥三号巡视器是中国首个地外天体表面巡视探测器, 其制导、导航及控制 (GNC)技术与地球卫星等航天器完全不同. 探测器实现月表巡视探测需要在地 外天体表面确定自身位置、航向及姿态, 识别周围地形环境并寻找安全路径, 控制巡视器沿规划路径安全行驶等. 本文针对嫦娥三号巡视器月面巡视对GNC系统的 任务要求及工作性能, 对月面自主导航定姿定位、协调运动控制、环境感知、 路径规划、激光探测避障以及地面试验等重要技术环节进行了分析, 研究月面制 导、导航与控制特性并进行实验验证, 进而对巡视器GNC技术进行了模拟仿真.      

挠性航天器滑模变结构控制及抖振抑制研究

针对挠性航天器姿态滑模变结构控制中存在的抖振问题,提出了一种改进的滑模变结构控制律.在滑模“边界层”法的基础上,用更为光滑的“反正切”函数替代饱和函数,以抑制抖振.在滑模控制器的到达运动控制律中引入滞后因子以减小机动初始时刻控制所需的最大控制力矩,避免由此引起的挠性附件振动.仿真结果表明,所设计的改进滑模变结构控制律不仅能够有效抑制抖振,而且对航天器自身参数摄动具有良好的鲁棒性.     

基于显式制导的月地返回轨道中途修正研究

月地返回轨道存在各种摄动误差,终端约束复杂,有必要对其进行中途修正研究。显式制导法通过二体轨道与精确轨道之间的差别进行多次迭代求解给定时刻所需的修正速度。文章利用显式制导法,采用月球段及地球段分段进行中途修正的策略,给出了基于分段落点预报显式制导的月地返回轨道中途修正方案。该方案无需计算雅克比矩阵,算法简单、计算快速、实用性强,能满足再入点参数要求。算例仿真与蒙特卡洛仿真验证了该方案的适用性。     

基于扰动观测器的巡航飞行器指数时变滑模控制

针对巡航飞行器非线性模型具有快时变、强耦合和高度非线性的特点,在考虑飞行过程中可能存在的气动参数以及大气密度不确定性情况下,提出了一种高精确、强鲁棒控制方法。通过将扰动观测器与指数时变滑模控制方法结合,构造了一种基于扰动观测器的巡航飞行器指数时变滑模控制设计方法,并利用Lyapunov理论分析了采用该控制律后整个闭环系统的稳定性。该方法能够有效地减小采用边界层方法来处理滑模抖振问题时所引入跟踪稳态误差,提高系统控制精度。最后,通过仿真验证了所提出方法的有效性。     

主动防御协同自适应滑模制导律

飞机相比于攻击导弹,在飞行速度和机动性能等方面存在着劣势.为了提高其生存几率,设计了一种发射防御导弹协同对抗攻击导弹的自适应滑模制导律.该制导律本质是一种视线(Line of Sight,LOS)制导方法,通过对飞机与防御导弹和防御导弹与攻击导弹间的LOS调整以满足特定的几何关系,从而实现对攻击导弹的主动防御.最后,将所设计的制导律与比例导引进行了仿真比较.结果表明,由于与目标间的协同,所设计的制导律在机动性能和拦截性能方面具有明显的优势,且对于三方的飞行速度变化与攻击导弹的机动具有较强的鲁棒性.     

积分滑模控制在飞艇舵面故障中的应用

针对飞艇运动姿态的小扰动模型,利用极点配置方法设计了积分滑模控制器。对飞艇"×"型舵面出现的故障,给出了期望的特征根,并选择合适的特征向量来构造积分滑模面。给出了一种快速的趋近律形式,并证明了其稳定性。仿真结果表明,与PD控制器相比,积分滑模控制器能使飞艇的运动姿态保持良好。     

求解Hamilton-Jacobi方程的一类无波动的耗散差分格式

利用Hamilton-Jacobi方程与双曲型守恒律的紧密联系,借助于求解双曲型守恒律的一类无波动无自由参数的耗散差分(NND)格式构造了一类求解Hamilton-Jacobi方程的差分格式.数值实验结果表明:该格式具有计算量小且高分辨率等优点.     

天基对地打击动能武器再入解析预测制导技术

天基对地打击动能武器用于从太空对地面高价值战略目标进行快速、准确的打击。为了在各种干扰因素的作用下仍能保证足够的命中精度,动能弹头必须实施再入制导。针对实时性要求,探讨了一种解析预测制导方法。首先详细推导了零攻角再入弹道参数的三维解析解,在此基础上借鉴牛顿迭代法的思想设计了速度倾角与航向角的迭代修正算法,并最终将其用于制导指令的生成。仿真结果表明,解析预测制导方法能有效提高再入弹头的落点精度,且实时性强。此外,通过对不同制导参数下的制导性能进行分析还发现,制导步长取450-600米、精度参数取20-50米最为合适。     

导弹末端机动与导引一体化设计的新机动模型

针对导弹末端机动与导引的一体化设计问题,给出了一种新的机动模型。通过模型参数的设计,使得机动位移、机动速度的零点周期性地出现在相同的时刻,导弹就可以在导引弹道和机动导弹之间平滑过渡。基于该模型,采用导引弹道和机动弹道同步积分的方法,选择合适的时刻开始和结束机动,可以实现末端机动与导引的一体化设计。该方法得到的一体化弹道,其制导精度仅取决于末制导律,而与具体的机动参数无关,具有较好的突防效果和工程应用价值。
     

大气层外动能拦截器末段导引规律设计

研究了末制导段轨控发动机开机和关机时拦截器与目标的相对运动规律,给出了零控脱靶量的近似表达式.定量分析了轨控发动机分别处于常值力和脉冲力工作状态时的作用效果,以及影响末制导律对视线转率修正能力的因素,并给出了末制导段发动机能够修正的初始视线转率上限.结合相对运动规律的特点,基于抑制视线转率的思想设计了末段的导引规律.根据轨控发动机所具有的两种工作状态,将末制导拦截过程分为三个阶段来设计,特别设计了轨控发动机在两种工作状态之间的过渡过程,让拦截器以近似于平行接近的方式拦截目标.通过仿真,证明了该导引规律的有效性.