基于LADRC的无人直升机轨迹跟踪

无人直升机轨迹控制系统是对多输入/多输出强耦合非线性系统进行解耦控制的系统。为解决无人直升机轨迹控制效果依赖于直升机物理参数的测量和辨识精度以及外部扰动大小问题,提出了一种基于线性自抗扰控制(LADRC)的多回路无人直升机轨迹控制系统。首先建立无人直升机X-Cell的飞行动力学模型,并引入风切变、大气紊流和突风模型以更加准确模拟真实飞行环境;然后对X-Cell进行配平计算以验证动力学模型和配平算法的准确性,并选取一组配平值作为轨迹控制仿真的初始状态和操纵量;随后根据被控量的动力学方程阶次选取对应的一阶和二阶LADRC基本控制器,并结合时间尺度原理,自内向外依次构建无人直升机的姿态、速度和位置控制回路,将三回路串联从而建立了无人直升机轨迹控制系统;而后进行了稳定性分析,特征根计算结果表明轨迹控制系统镇定了X-Cell开环系统不稳定的动态特性;最后将该控制系统应用于各种扰动下直升机轨迹跟踪仿真,结果表明本文无人直升机轨迹控制系统能很好地实现带爬升率的"8"字形轨迹跟踪,且相比于基于比例积分和微分(PID)控制的轨迹控制系统,该控制系统具有更优的鲁棒性和抗扰性。     

Tangent-impulse transfer from elliptic orbit to an excess velocity vector

The two-body orbital transfer problem from an elliptic parking orbit to an excess veloc-ity vector with the tangent impulse is studied. The direction of the impulse is constrained to be aligned with the velocity vector, then speed changes are enough to nullify the relative velocity. First, if one tangent impulse is used, the transfer orbit is obtained by solving a single-variable function about the true anomaly of the initial orbit. For the initial circular orbit, the closed-form solution is derived. For the initial elliptic orbit, the discontinuous point is solved, then the initial true anomaly is obtained by a numerical iterative approach; moreover, an alternative method is proposed to avoid the singularity. There is only one solution for one-tangent-impulse escape trajectory. Then, based on the one-tangent-impulse solution, the minimum-energy multi-tangent-impulse escape trajectory is obtained by a numerical optimization algorithm, e.g., the genetic method. Finally, several examples are provided to validate the proposed method. The numerical results show that the minimum-energy multi-tangent-impulse escape trajectory is the same as the one-tangent-impulse trajectory.     

卫星解体碎片生成数值模拟

提出卫星解体碎片生成的数值模拟方法,对卫星模型解体实验问题进行了数值模拟研究。有限元重构方法是一种有限元与 SPH 方法的结合,能够模拟获得孤立碎片的特性数据。通过在 SPH 模拟结果中重构有限元单元,能够有效区分碎片云中的置信孤立碎片和非置信孤立碎片,结合图论方法能够获得每个孤立碎片的单元构成及其尺寸、速度矢量和质量等信息。进而通过数据统计能够获得碎片分布信息。解体碎片数值模拟数据与实验数据具有较好的一致性,表明了该方法的有效性。     

Optimal guidance of extended trajectory shaping

To control missile＇s miss distance as well as terminal impact angle, by involving the timeto-go-nth power in the cost function, an extended optimal guidance law against a constant maneuvering target or a stationary target is proposed using the linear quadratic optimal control theory.An extended trajectory shaping guidance（ETSG） law is then proposed under the assumption that the missile-target relative velocity is constant and the line of sight angle is small. For a lag-free ETSG system, closed-form solutions for the missile＇s acceleration command are derived by the method of Schwartz inequality and linear simulations are performed to verify the closed-form results. Normalized adjoint systems for miss distance and terminal impact angle error are presented independently for stationary targets and constant maneuvering targets, respectively. Detailed discussions about the terminal misses and impact angle errors induced by terminal impact angle constraint, initial heading error, seeker zero position errors and target maneuvering, are performed.     

基于样条拟合和双向滤波的助推段弹道估计

三次B样条拟合在助推段弹道估计中应用广泛,但存在弹道两端点邻域估计误差过大的问题.通过对B样条基函数矩阵的特性进行分析,发现其原因为端点邻域估计时能利用的有效观测数据最少.因此,提出一种基于样条拟合和双向滤波相结合的弹道估计策略：首先将双星观测数据利用无迹变换转换为等效位置观测;然后利用三次B样条拟合弹道;最后基于一种自适应卡尔曼滤波器,采用双向滤波策略改善样条拟合的端点估计精度.仿真结果表明：组合方法使样条拟合的端点估计误差减少40％,同时使估计弹道更平滑.此结果满足实时性要求.     

嫦娥三号动力落月段轨迹确定策略

针对CE-3（嫦娥三号）月球探测器动力下降弧段,特别是悬停避障段频繁机动的特点,提出了采用B样条函数逼近方法进行落月轨迹确定.仿真分析表明：在动力下降运动较平滑弧段,B样条逼近法计算结果略优于多项式拟合法;而在频繁机动弧段,B样条逼近法有明显优势.计算结果表明,加入VLBI（Very Long Baseline Interferometry,甚长基线干涉测量）数据后能有效提高落月轨迹确定精度,在没有系统误差的情况下联合定位后位置精度优于50 m.此外,还分析了三向测量系统差对定位的影响,可对CE 3任务提供参考.最后对CE 3实测数据进行处理,动力落月段末点位置和着陆器定位计算值相差不到200 m.     

北斗卫星通信导航信号激励器的方案设计和应用

根据北斗卫星系统工作原理,提出了北斗卫星通信导航信号激励器的方案设计和在直升机型号设计中的应用。该激励器具有模拟北斗卫星通信导航信号的功能,其作用是在航电系统地面综合联试中,为机载北斗接收机和组合导航系统提供激励信号。     

一种适用于小推力轨控发动机“二次变轨”机动突防方案

针对突防发动机轨控推力较小,难以产生在拦截器末制导段内成功突防所需的机动过载的实际情况,提出避开拦截器机动性能最强的末制导段,而选择在拦截器自由飞行段和末制导结束后实施“二次机动变轨”的突防方案,旨在解决弹道中段机动突防方案的有效性问题.建立了推力方向、推力持续时间等轨控发动机主要控制参数的优化规划模型,提供了基于遗传...     

计及弯折波的舰载机拦阻过程控制

为验证拦阻索中应力的传播对拦阻过程的影响,研究了计及弯折波的舰载机拦阻过程的比例-积分-微分(PID)控制问题.先以液压阻尼力作为拦阻过程的控制输入建立了无弯折波的理想拦阻过程动力学模型,再依据拦阻过程中需要保持拦阻钩载为常值的要求,借助最优控制方法获得了一组理想轨迹.然后详细分析了拦阻索中弯折波在甲板滑轮与钩-索啮合...     

基于解析法的用户差分距离误差解算方法(英文)

为了进一步增强星基导航系统的完好性性能,提出了一种基于解析法的用户差分距离误差计算方法。文中首先介绍了卫星时钟和星历改正数的计算方法,认为计算用户差分距离误差的关键是查找卫星服务区域内的最差用户位置。通过变换卫星时钟和星历误差协方差矩阵,将查找最差用户位置变换成一个解析几何问题,通过数学推导得出最差用户位置的解析式,进而求解用户差分距离误差。通过计算机仿真对比了解析法和遍历法之间的性能差异,结果表明:解析法的正确性由遍历法得到了验证,解析法可以减少90%的运行时间并且具有更低的计算复杂度,便于工程实现。