液体运载火箭爆炸冲击波近场危害性定量评估方法研究

嫦娥四号探测器首次采用了我国自主研制的同位素热源装置,为有效评估运载火箭发生爆炸后,爆炸冲击波对同位素热源装置的危害性,解决同位素热源装置安全设计指标确定难题,开展了液体运载火箭爆炸冲击波近场危害性的评估方法研究,提出了适用于液体运载火箭爆炸冲击波近场危害性评估的爆炸当量、爆炸冲击波峰值超压及作用时间的定量评估模型。     

基于A*和TEB融合的行人感知无碰跟随方法

移动机器人通过跟随一个指定行人实现导航是一种便捷的方式。针对行人跟随中的机器人跟随和避障问题,提出了一种基于路径规划的无碰跟随方法。该方法结合激光点云分割提供的非行人障碍信息生成静态障碍代价地图,并根据3D行人定位结果,利用基于无迹卡尔曼滤波器（Unscented Kalman Filter,UKF）和最近邻联合概率数据关联（Nearest Near Joint Probabilistic Data Association,NN-JPDA）的多行人跟踪器估计干扰行人运动状态,进而生成动态行人代价地图。在此基础上,基于A^*的全局规划器结合静态障碍代价地图输出指向目标行人的全局路径,而基于时间弹性带（TEB）算法的局部规划器也将动态行人代价地图纳入考虑范围以规划优化的局部路径,这能够帮助机器人实现行人感知的避障且跟随全局路径。通过低频全局规划与高频局部规划结合的方式实现对目标行人安全无碰的跟随。实验验证了所提方法的有效性。     

多自主翼伞系统建模及其集结控制

当前对翼伞系统的研究主要集中在单个翼伞,但实际空投中一般需要使用多个翼伞,才能完成大量物资、装备的空投补给任务,而多个翼伞同时空投时,将会出现翼伞需要集结、相互间需要避免碰撞等在单翼伞空投时不存在的问题。现有的单翼伞系统已能通过GPS/惯导系统及其他板载传感器实现自主飞行,针对多个自主翼伞的空投任务设计算法,以控制下降翼伞之间的相互运动,实现多翼伞系统的集结和避碰。首先以质点模型为起点,通过引入新的独立变量,并将翼伞运动转换至风固定坐标系,使得单个翼伞质点模型降维为非线性降阶模型,进而得到多自主翼伞模型,在此基础上提出了一种集结控制算法,利用每个翼伞自身的状态信息和相邻翼伞的状态信息,采用势场法使得多翼伞实现集结并避免碰撞,最后一致地降落至地面。仿真结果表明多个自主翼伞实现了集结,减小了翼伞的着陆散布,降低了翼伞之间的碰撞风险,验证了该方法的有效性,可以为进一步研究多自主翼伞协同控制提供理论参考。     

一种基于PH螺线的避障重规划路径修正方法

针对现有避障算法忽略重规划路径侵犯威胁障碍物安全圆的问题,提出了一种基于Pythagorean Hodograph(PH)螺线修正避障重规划路径的方法.该方法能够考虑无人飞行器路径规划的相关性能约束,且较其他路径修正算法复杂度较低、实时性高,能够满足UAV在线规避动静态障碍物的要求.仿真结果验证了该方法的有效性和可行性.     

空间碎片预警中的碰撞概率方法研究

由于空间碎片对飞行在地球轨道上的航天器危害日益严重,所以必须采取一些有效的防护措施,对于那些直径大于10 cm的碎片,通常是采用主动规避的方法来进行防护.为了避免传统的Box判据造成的过多错误预警,碰撞概率模型开始被应用于空间碎片预警,本文以空间站为例,将碰撞概率方法与传统Box区域判定法进行比较,介绍碰撞概率计算模型的建立方法,基于位置误差矩阵的碰撞概率Pc的算法,并针对实际交会事例进行了计算和分析.      

基于约束人工势场法的弹载飞行器实时避障航迹规划

针对弹载飞行器飞行高度低、需实时避障的需求,提出了一种三维约束人工势场法用于弹载飞行器的实时避障航迹规划.该方法将人工势场法扩展到三维空间,增加了一个势场函数——高度调节势场函数,并将弹载飞行器的动力学约束条件引入人工势场法中.该方法继承了传统人工势场法计算速度快、占用内存少的优点,并能保证所规划航迹的可飞性.仿真结果显示约束人工势场法相比于传统人工势场法,具有以下优势:所规划的航迹更具有可飞性;可明显减弱在障碍物附近的抖动现象;可显著改善在狭窄通道中的摆动现象;不易陷入局部最小点.     

自由漂浮空间机器人点到点避奇异运动控制方法

针对具有冗余机械臂的自由漂浮空间机器人（Free Floating Space Robot, FFSR）点到点避免奇异性规划和控制问题,提出了一种冗余FFSR的点到点避免奇异控制方法。首先,该方法基于离散状态依赖李卡提方程（DSDRE）控制器设计方法,利用FFSR的动力学和运动学方程实现了FFSR系统方程的伪线性重构;然后,基于伪线性重构系统及DSDRE状态调节器设计方法实现了FFSR的关节角速度和末端位姿的同时跟踪控制;其次,根据跟踪控制器对FFSR广义雅克比矩阵（GJM）行满秩的设计要求,定义FFSR的奇异性判别依据,构造了避奇异约束函数;再次,由于冗余FFSR系统具有多逆运动学解特点,考虑关节角及关节角速度约束,结合避奇异约束函数设计了FFSR的期望轨迹在线规划器,进一步将设计的跟踪控制器与规划器相结合提出了冗余FFSR末端点到点避奇异运动控制方法。最后,为验证所提方法的有效性同时考虑简化计算,采用平面4连杆FFSR模型进行数值仿真,仿真结果表明所提点到点避奇异运动控制方法能够有效实现冗余FFSR系统的点到点避奇异运动。     

基于罚函数序列凸规划的多无人机轨迹规划

多无人机（UAVs）轨迹规划是具有非线性运动约束和非凸路径约束的最优控制问题。引入序列凸规划思想,将非凸最优控制问题近似为一系列凸优化子问题,并利用成熟的凸优化算法进行求解,以更好地权衡最优性和时效性。首先,建立了多无人机协同轨迹规划的非凸最优控制模型。然后,利用离散化和凸近似方法将其转换为凸优化问题,包括对无人机运动模型的线性化,以及对威胁规避约束和无人机碰撞约束的凸化。同时,提出了一种离散点间的威胁规避方法,保证无人机在离散轨迹点间的飞行安全。在凸优化模型的基础上,给出了基于罚函数序列凸规划求解多无人机轨迹规划的具体框架。最后,通过数值仿真验证了方法的有效性,结果表明该方法在多机轨迹规划结果的最优性和时效性都要优于伪谱法,而且优势随编队数量的增加而增大。     

低空突防用数字地图信息的融合处理

数字地图是自主式ＧＰＳ／ＭＡＰ地形跟踪／地形回避、威胁回避（ＴＦ／ＴＡ＾２）低空突防系统中实时航迹优化的主要信息来源。为简化实时透迹优化算法,减少机载数字地图的存储空间,文中提出了一种把威胁等效为地形的方法,并在此基础上进行了低空突防用数字地图的地形、地物和威胁信息的融合,得到了一种综合地形高程数据。在此综合地形高程数据上,只需采用地形跟踪／地形回避（ＴＦ／ＴＡ）最优航迹算法,便既可实现地形回避,     

平行航路安全评估新方法(英文)

首先提出了一种平行航路安全评估新方法,即从空中交通管制的安全防护体系入手,将潜在飞行冲突看作空中相撞事故的初因事件,提炼出管制员指挥、短期冲突告警、飞行员目视避让及机载防撞系统告警四层安全防护,进而将平行航路碰撞风险问题分解为潜在飞行冲突计算和各防护层的失效概率分析.然后,推导了管制员干预次数计算模型,采用CREAM方法解决了管制员调配飞行冲突失误概率计算问题,建立了STCA防护失效和TCAS防护失效故障树模型.最后,以京沪平行航路为例进行计算,得出了雷达管制环境下的京沪平行航路碰撞风险.结果表明该航路满足安全要求.