基于气动辅助变轨的变气动外形飞行器概念研究--最优控制律问题

从一个天地往返飞行器的上升轨道和再入返回轨道的优化，以及适用不同飞行任务的变轨要求的气动外形问题，提出一项基于气动力辅助变轨的变气动外形飞行器的新概念研究。对于一个固定气动外形飞行器要同时满足上升轨道有效载荷最大和再入轨道热流峰值、过载峰值及机动性能约束下的成本最低往往是困难的。若同时满足不同飞行任务：飞往太空站的运输任务，空间拦截和交会机动巡航任务及星际探测任务，则更为困难，实际上是不可能的。文章研究基于气动力辅助变轨，在热流约束下，气动外形参数变化对最优控制的影响。其结论为：热流约束下的最优控制解，包括考虑推力协同变轨，除了在非约束弧的滚转角不直接受气动外形影响外，其余的控制律，升力系数和滚转角都是气动外形参数和攻角的函数。因而变气动外形可作为一项新技术，即通过气动外形参数变化和相应的变轨策略而获得性能和成本都最佳的用途很广的一种新型飞行器。     

Eliminating negative VTEC in global ionosphere maps using inequality-constrained least squares

Currently, ground-based Global Navigation Satellite System (GNSS) stations of the International GNSS Service (IGS) are distributed unevenly around the world. Most of them are located on the mainland, while only a small part of them are scattered on some islands in the oceans. As a consequence, many unreasonable zero values (in fact negative values) appear in Vertical Total Electron Content (VTEC) of European Space Agency (ESA) and Center for Orbit Determination in Europe (CODE) IONEX products, especially in 2008 and 2009 when the solar activities were rather quiet. To improve this situation, we directly implement non-negative physical constraints of ionosphere for global ionosphere maps (GIM) with spherical harmonic functions. Mathematically, we propose an inequality-constrained least squares method by imposing non-negative inequality constraints in the areas where negative VTEC values may occur to reconstruct GIM models. We then apply the new method to process the IGS data in 2008. The results have shown that the new algorithm efficiently eliminates the unwanted behavior of negative VTEC values, which could otherwise often be seen in the current CODE and ESA GIM products in both middle and high latitude areas of the Southern Hemisphere (45°S∼90°S) and the Northern Hemisphere (50°N∼90°N). About 64% of GPS receivers’ DCBs have been significantly improved. Finally, we compare the GIM results between with and without the inequality constraints, which has clearly shown that the GIM result with inequality constraints is significantly better than that without the inequality constraints. The inequality-constrained GIM result is also highly consistent with the final IGS products in terms of root mean squared (RMS) and mean VTEC.     

末端导引律综述

为了提高制导精度,在末制导过程中就必须采用性能更优良的导引律,本文针对各种末端导引方法的特点及其发展情况进行了研究分析与总结,包括各种经典导引律、各种基于现代控制理论设计的导引律以及针对各种特定工程应用背景的导引律等,可为今后导弹导引律的改进和设计提供参考.     

三维攻击角度约束部分制导控制一体化设计

针对侧滑转弯(STT)导弹带有攻击角度约束的机动目标拦截问题,提出一种基于自适应终端滑模动态面控制的三维部分制导控制一体化(PIGC)设计方法。首先,建立了针对机动目标拦截的侧滑转弯导弹三维部分制导控制一体化设计模型,且不需要导弹速度微分体轴系分量信息。然后,使用终端滑模控制理论构建误差向量与虚拟控制量,达成精确拦截与攻击角度约束的控制目的;引入有限时间非线性收敛扩张状态观测器(ESO)来在线估计系统不确定性;设计自适应算子与自适应更新律对观测器的估计误差进行补偿,以提高方法的鲁棒性。最后,三维空间拦截仿真校验了方法在提高拦截精度与增强角度约束收敛性能的有效性。     

含滑行时间约束的真空段弹道设计研究

由于动力系统及测控资源的约束,工程中存在着末级两次点火但滑行时间受限的运载火箭真空段弹道设计问题。基于线性引力场的假设,引入含滑行时间约束的切换条件,从而将含固定滑行时长的弹道优化问题转换成对两点边值问题的迭代求解和对运动方程的积分,并通过多个算例仿真验证了该方法的正确性和有效性。同时,研究了迭代过程中滑行段不同弹道预报方法对弹道设计的影响,结果显示较高的预报精度可以获得更优的弹道设计结果。该方法提供了一种新的弹道设计思路,在总体方案论证或初步设计阶段可以替代传统设计方法,以有效提升弹道设计效率,优化火箭方案。     

最小数据丢失量的地月中继卫星任务调度研究

月球背面的探测器必须依靠地月中继卫星进行数据传输与通信。地月中继任务包括实时性任务和延迟容忍类任务,如数传任务。当探测器等待传输的数据量超出用户存储容量时,延迟容忍类任务会由于探测器本地存储资源不足和地月中继卫星天线资源受限而无法完成,导致任务数据丢失,所以需要设计一种合理的地月中继任务调度策略,提高地月中继卫星的资源利用率,减少数据的丢失。对地月中继卫星任务调度进行了研究,在分析地月中继卫星数传任务的特点及用户的存储限制的基础上,以最小化数据丢失量为优化目标,建立了地月中继卫星任务调度模型,并设计了一种基于离散烟花算法（DFWA）的地月中继卫星任务调度算法。仿真数据分析表明,基于离散烟花算法的地月中继卫星任务调度算法在求解结果上优于遗传算法,是一种合理、有效的调度方法。     

反舰导弹末制导多尺度多传感器数据融合方法

提出了一种实用有效的反舰导弹末制导多尺度多传感器数据融合方法。该方法可充分地利用捷联惯导和双星系统信息,对雷达导引头的测量信号进行有效的校正补偿,同时又可根据系统对校正算法实时性与精度的要求,通过合理地调整滤波算法节点数来满足系统的设计要求,从而大大地提高反舰导弹末制导的导引精度。该方法的有效性在某型超音速反舰导弹末制导信号校正仿真中得到验证。     

反舰导弹末端机动的突防效果研究

利用共轭系统和拉氏变换技术,重点研究了反舰导弹的螺旋机动和摆式机动的突防效果。螺旋机动和摆式机动的加速度可以用纵向和航向平面内的加速度分量来表示。在平面内分析机动加速度引起的稳态脱靶量得到了简单的脱靶量解析解。利用该解析解,分析了机动持续时间对稳态脱靶量的影响。将纵向和航向平面内的稳态脱靶量综合起来得到了螺旋机动或者摆式机动所引起的稳态脱靶量。仿真结果表明这两种非平面机动方式比平面机动方式具有更好的突防效果。     

高度-速度剖面内再入轨迹快速规划

提出一种升力式再入航天器进入稠密大气后的轨迹规划方法。在预先设定攻角剖面的前提下,利用路径约束(驻点热流、动压和过载)在高度-速度(H-V)剖面内直接获得轨迹下边界;利用终端约束确定以轨迹下边界为基准的高度增量,进而通过下边界与高度增量的加和形成满足要求的再入轨迹。其中,增量的形式选取为分段二次型函数,其大小可通过割线法快速获得。倾斜角大小可根据纵向动力学方程反解得到,其方向依据航向误差角走廊确定。通过对典型工况的仿真,结果表明所提方法能够快速规划出再入轨迹,且适应性好。