敏捷卫星动中成像自主任务规划算法

针对敏捷卫星动中成像（APBI）自主任务规划所涉及的关键算法进行了研究。首先,基于载荷幅宽和卫星轨道设计了区域目标斜条带拼幅成像垂轨条带划分算法;其次,建立了描述观测点位置与成像时间关系的连续可导的斜条带成像轨迹模型,进而推导出了敏捷卫星动中成像的三轴姿态规划算法;再次,为了发挥出卫星的最大机动能力,提出了一种基于六阶多项式姿态机动模型的动中成像任务间最短姿态机动时间求解算法;然后,设计了兼顾观测效率与质量的两级任务优化调度算法,包括基于分支定界算法与两种裁剪枝规则的及早观测搜索和观测队列最佳窗口倒序平移,在最大化观测目标数量的基础上将成像质量调整到最优;最后,在星载处理器上进行了仿真实验,仿真结果证明了本文所提算法的正确性和有效性。     

参数自适应凸优化下的月面着陆最优轨迹规划

针对月面高精度下降着陆问题,提出了一种基于最优观测器的参数自适应凸优化月面着轨迹规划算法。首先,针对下降着陆主减速段需要尽可能减少燃料消耗的问题,考虑约束及动力学模型的非凸性,采用无损凸化技术将月面下降着陆问题转化为二阶锥规划问题;其次,为减少下降着陆过程中质量、比冲等参数不确定性影响,设计了基于Riccati方程的最优观测器;再根据标称参数凸优化所产生的最优轨迹进行飞行,利用该过程中加速度计实时测量信息,结合推力器输出信息,实现对着陆器参数的在线实时估计;在参数估计实现收敛后,通过在线求解二阶锥规划问题实现最优轨迹的在线规划。仿真结果表明,该观测器能够实现在线参数实时估计;该算法相较其他定点着陆算法,仅需要发动机具有离散的推力域,且具有精度更高的优势。     

大型星座混合模拟退火遗传算法测控任务规划

提出了一种基于拥挤度的混合模拟退火多层编码遗传算法,用于解决大型星座的测控任务规划问题。首先,建立了大型星座测控问题的约束满足模型,对任务规划过程中的各种约束条件和优化目标进行了形式化描述。第二,采用多层编码的方法建立测控方案与解空间的对应关系,并采用遗传算法的启发式方法进行全局搜索。第三,为了增加种群的多样性并加快收敛速度,在每代进化结束后对种群中最优的部分个体进行基于拥挤度的模拟退火。超180颗卫星,32个地面测控天线的真实大型星座测控任务规划试验表明,基于拥挤度的混合模拟退火遗传算法的任务完成率高达99%,归一化综合收益大于0.9,算法运行时间小于15 min,验证了该方法具备工程实用价值。     

混合空间目标下的多航天器抵近观测任务规划

研究了服务航天器对多个空间目标的抵近观测任务规划问题,并考虑了高价值航天器、普通航天器以及失效航天器或空间碎片3类待观测目标。通过构建合理的评价体系,对目标观测的任务方案进行评分。建立了综合观测目标数量、观测目标类型、燃料消耗、单次点火速度增量以及任务时长的多约束优化模型,涉及的优化变量包括目标分配向量、观测次序向量以及观测时刻向量。服务航天器通过一种四脉冲机动策略抵近每个目标。采用进化算法求解规划问题,并提出一种基于动态规划（DP）的局部搜索策略以优化观测时刻,提升优化效率。最后分别给出了针对单一类型和混合类型空间目标的抵近观测任务规划算例,通过与传统进化算法的求解结果对比,说明了所提出的DP搜索策略的优势。     

一种多火星飞行器路径规划方法

为解决多火星飞行器的协同路径规划问题,针对经典路径规划方法的局限性,提出基于改进鸽群优化算法的新型多机协同路径规划方法;同时为了提高路径规划问题的全局求解能力以及最优解质量,克服标准鸽群优化(pigeon-inspired optimization,PIO)算法易陷入局部最优,收敛精度低的问题,提出一种改进鸽群优化算法...     

基于失真度评估的时变聚焦多波束形成算法

为 了在保证声呐成像质量的 前提下,缓解近场聚焦精度与计算复杂度之间的矛盾,文中提出了一种基于失真度评估的时 变聚焦多波束形成算法。首先,建立近场时变聚焦模型,将聚焦点的时间结构和半圆形阵列 的空间结构联系起来,获得了各个聚焦点精确的延时信息;其次,在兼顾波束方向图的各项 性能指标的基础上,利用二阶锥规划（Second-order cone programming, SOCP）方法设计 了各个聚焦点的最优权值;最后,构建散焦波束失真度的评估模型,并在失真度阈值的约束 下,合理地选择了几个必要的聚焦面。仿真和测试结果表明,该算法减轻了硬件计算和存储 的压力,提高了工程的可实现性,而且对复杂多变的探测场景取得了很好的成像效果。     

基于机型航线优化的多目标规划

为了降低航空公司机队的飞行成本,提高飞机的座位利用率,研究机队各机型与航线优化匹配问题。考虑了旅客溢出带来的潜在支出成本,在满 足航班覆盖、旅客需求、机队寿命、航班连续等约束条件下,建立了多目标0~1整数规划模型,并采用基于隶属度的多目标模糊决策法对模型进行求解计算。通过实例验证分析表明：建立的多目标机队优化匹配模型实用可行,既降低了机队的飞行成本,又提高了各条航线上 机型的座位利用率。     

基于虚拟现实(VR)的飞机部件装配工艺技术研究与应用

针对飞机部件装配产品批量小、型号多、装配工序复杂、精度要求高等问题,开展了基于VR的虚拟装配技术研究。产品在制造生产前,工艺人员在虚拟环境下规划产品的装配顺序和路径、选择工装夹具和操作方法,验证装配工艺设计的合理性,及时发现工艺中存在的各种设计缺陷、结构干涉等问题,直观科学地分析装配对象的可操作性、可视性、可达性,根据虚拟仿真模拟,修改和优化工艺方法、工装结构及生产线布局等,最终生成科学合理的产品装配工艺方案,缩短装配周期、降低装配成本、提高部件装配质量。     

航天器燃耗最优轨道直接/间接混合法延拓求解

针对转移时间和始末状态固定的航天器燃耗最优轨道的求解,给出了一种延拓方法:以双脉冲轨道为初值,首先求解全程推进轨道,然后逐步增加推力幅值,应用直接/间接混合法依次求解所有推力幅值下的、满足包括开关函数在内的所有必要条件的转移轨道,包括连续和脉冲推力轨道。通过基于开关函数曲线变化趋势的开关序列预设方法,以及基于已有优化结果的延拓步长自适应方案,实现了延拓方法的自动运行。为实现该延拓方法,给出了适用于改进春分点根数模型的脉冲最优转移轨道主矢量必要条件,推导了无推力轨道段改进春分点根数协态变量状态转移矩阵。通过3个算例对延拓求解会遇到的不同情况进行了具体说明。延拓方法可以看作现有直接/间接混合法的进一步完善与拓展,延拓过程和结果有助于对燃耗最优轨道与系统参数之间的关联获得更为深刻的认识。     

航空发动机叶片前后缘自由式砂带抛光技术

由于叶片前后缘(LTE)的轮廓形状和表面质量将对航空发动机的气动性能和叶片的疲劳性能产生直接影响,因此为提高前后缘的轮廓度和表面质量,通过对目前航空发动机叶片前后缘抛光所存在的问题进行分析,结合叶片前后缘抛光工艺要求,并基于自由式砂带抛光的工艺特点,提出了叶片前后缘自由式砂带抛光工艺方法;针对该抛光工艺方法,建立其砂带张紧力控制系统,确定了抛光加工中的砂带走刀步长计算公式及抛光轨迹规划方法;最后以某型号叶片的前后缘作为加工对象进行抛光实验研究。检测结果显示:叶片前后缘轮廓度误差小于0.01mm,其表面粗糙度小于0.4μm,证实了该抛光工艺方法对提高叶片前后缘的轮廓度和表面质量的有效性。