月/火着陆制导方法与考虑不确定性的研究进展

上世纪六七十年代和21世纪后的两轮月/火探测热潮产出了丰硕成果,以Artemis计划、探月工程四期和火星采样返回为代表的新一批任务已拉开帷幕,站在这一特殊历史节点,对月/火着陆制导技术进行综述。首先,阐述了月/火着陆的物理过程,指出了未来复杂探测任务对制导技术的挑战。随后,鉴于轨迹优化这一技术分支近年取得的广泛发展,讨论了其与制导的联系。然后,回顾了月/火探测工程任务的技术遗产,包括多项式制导、动力显式制导、Apollo进入制导、预测校正制导以及凸规划制导。鉴于动力学与环境不确定性的挑战日益突出,讨论了来自人工智能、先进优化与控制等领域的潜在理论工具,能够为制导技术的发展提供新动力。最后,面向随时随地、高精度、高可靠、高自主着陆的制导技术发展需求,总结了后续研究方向。     

近地小推力转移轨道的加权组合制导策略

 研究了近地小推力转移轨道的制导问题,给出了一种基于局部最优控制律的自主制导算法。推导出了各改进春分点根数对应的局部最优控制律;通过最优推力分配和目标偏差两个策略,对各局部最优控制律进行动态加权组合,从而有效减少了制导律的设计参数。在此基础上,针对燃料最省转移轨道,定义了一种新的发动机开关函数。采用遗传/逐次二次规划混合优化算法计算了最优制导参数。与传统算法相比,该制导算法是一种闭环制导算法,能够实现飞行器的自主制导,并且制导过程中无需对制导参数进行更新。以地球低轨到高轨的小推力转移为例,采用该方法分别求解了时间和燃料最省转移问题,并与传统算法进行了比较分析。数值结果验证了该算法的有效性。     

一种适用于大气层外动能拦截器的末制导律

 针对大气层外动能拦截器拦截问题,设计了一种简单有效的末制导律。推导出计算零控脱靶量一种新的解析表达式,由于在推导过程中考虑了两飞行器间重力差影响,得出的表达式相对于将两飞行器重力差简化为零重力模型得到的解析式具有更高的精度;根据平行接近法原理利用此表达式推导出一种简单的末制导律;详细介绍了脉宽调制(PWM)式实现变推力控制的方案,仿真中在考虑发动机工程约束的情况下,利用PWM技术对提出的制导律进行验证。对机动目标进行拦截仿真显示,提出的制导律在取得良好拦截精度的同时表现出较强的鲁棒性。     

基于T-S模糊系统的空天飞行器鲁棒自适应轨迹线性化控制

 基于T-S模糊系统提出了鲁棒自适应轨迹线性化控制(RATLC)方法。利用T-S模糊系统逼近未知干扰和不确定性因素,并采用Lyapunov方法设计了鲁棒自适应控制律。不论系统状态的维数和用于逼近不确定的模糊系统规则数为多少,整个系统仅有两个参数在线调整。理论分析证明了闭环系统所有信号一致最终有界。应用提出的控制方案设计了空天飞行器(ASV)飞行控制系统,并在高超声速飞行条件下进行了仿真验证,仿真结果表明了控制方案的有效性和鲁棒性。     

基于WebGIS的卫星观测计划编制系统

用户在制定卫星观测计划时,需要知道卫星的星下点位置以及遥感器对地扫描区域的信息。通常这些信息是以数值描述的形式发给用户的,不够直观。本文介绍了一种基于WebGIS的卫星观测计划编制系统,介绍了WebGIS在计划编制系统中的应用,并从系统设计、功能、利用WebGIS进行计划策略判断方案等方面进行了深入讨论。     

面向对象技术的防空导弹Simulink建模与仿真

为防空导弹系统性能改进研究和优化设计,提出了一种新的方法,首先给出了一般防空导弹制导控制系统的数学模型,并采用面向对象建模技术结合动态仿真软件Simulink建立了仿真模型并进行了仿真研究,该模型具有容易理解,可重复使用,易于扩展等优点,即通过部分模块更换或改变参数等就可对该系统在其他条件下进行仿真,仿真结果和实际遥测数据基本吻合,表明了该模型和方法的有效性和实用性。     

高超声速滑翔再入定向定速打击末制导算法

以具有终端落角和落速约束的小升阻比短距滑翔高超声速再入打击飞行器为研究对象,通过引入弹道调整段来实现对飞行器的初步大幅度减速,并使其满足中末制导交班条件,以解决飞行器捕获目标后难以直接对其进行定向定速打击的问题。首先设计了一种变角偏差反馈系数的偏置比例制导律,解决了末端攻击段弹道下压困难以及导引头视场稳定跟踪等问题。在此基础上,建立了一种基于攻角和弹道倾角估计的末端减速指令生成方法,有效解决了基于理想速度曲线减速控制方法精度不足的问题。因此,数值仿真结果表明该制导方案能够有效控制飞行器终端落角和落速,并具有较高的制导精度。     

永磁约束电子束轨迹实验研究

通过设计并运用一种直流电子束轨迹简易测量方法,开展了永磁约束电子束轨迹实验研究,得到了永磁铁环对60~80 ke V电子束约束作用的实验数据。结果表明:该测量方法方便有效,结果较为准确;永磁铁对电子束聚焦作用明显,并呈现出一定的规律性。对永磁铁约束电子束研究工作奠定了基础。     

分析插值误差和斜率的轨迹优化网格细化方法

提出一种基于插值误差和斜率分析的轨迹优化自适应网格细化方法,包括节点插入算法和节点删除算法。节点插入算法分析各个离散节点的控制变量的插值误差。若插值误差较大,则在该节点周围增加节点细化网格;否则,不进行细化。节点删除算法分析各个离散节点处的控制变量斜率。若某个节点的左斜率和右斜率都为零,那么删除该节点;否则,保留该节点。采用三个典型的轨迹优化算例验证了所提出的方法的有效性和特色,并且与其它几种网格细化方法进行了对比。仿真结果表明,本文方法生成的网格规模较小,需要的网格迭代次数较少,能够快速、高精度求解非光滑轨迹优化问题。