国内外行星表面巡视器自主导航技术研究

作为航天技术发展的前沿和趋势,深空探测是人类历史上最为复杂的系统工程之一.星球巡视器是在星球表面移动作业的无人探测系统,能够对星球表面进行大面积、近距离和接触式的考察,是地外星球着陆探测作业的主要手段.星球巡视器导航技术是研究星球巡视器的关键技术之一,其导航自主性能直接影响星球探测计划能否顺利进行.本文首先概述了星球巡...     

面向月面大范围移动任务的脱困方法研究

为满足月面长距离大范围移动任务的可靠性与安全性要求,针对大型轮式移动平台在月面易发生受困的问题,提出一种面向月面大范围移动任务的脱困方案。基于月面环境特点整理归纳高风险受困工况,并分析各工况的临界受困地形参数,提出并细化了采用脱困机器人携带锚定设备实现稳固锚定后对大型移动平台实施牵引的脱困方案,基于等效法和力平衡法对脱困所需牵引力进行了理论分析,并通过动力学仿真验证。结果表明：脱困所需牵引力计算方法可靠性较高,所需牵引力数值范围合理,脱困方案具有工程实现可行性。     

增广误差模型算法在目标跟踪中的应用

针对目标机动运行过程中,滤波模型与机动状态模型失配的问题,提出了一种新的增广状态误差滤波模型。不同于现有增广方案,该模型从模型失配所致状态滤波误差的角度出发,将状态估计误差增广为一状态量,通过滤波估计后用其校正原状态量。算法分析表明,该增广滤波模型具有自适应调节多重渐消因子的等效特性,增强了对目标的跟踪能力。基于该增广状态误差滤波模型,给出了滤波算法设计并进行了仿真实验。实验结果表明,基于该模型的滤波算法在对机动目标进行跟踪时具有更强的鲁棒性。     

某型导弹动导数风洞试验和数值模拟

动导数的精确预测对于弹箭类武器的成功研制至关重要。以某型导弹动态特性的研究为对象,在FD06风洞中采用自由振动法完成动态特性试验,获取该型导弹俯仰和滚转两个方向的典型振幅衰减曲线和动导数结果;针对该型导弹,基于双时间推进法数值求解非定常N-S方程和强迫运动方程,获取该型导弹俯仰动导数和滚转动导数。结果表明:CFD计算结果与风洞试验结果有较好的一致性;在给定马赫数和攻角下CFD数值模拟结果可以为后续工程型号研制提供参考。     

基于CDKF的快速协方差交叉融合跟踪算法研究

随着目标抗干扰能力的增强,单一寻的制导方式很难完成对目标的稳定跟踪和精确打击,需采用多种探测器作为传感器,提供多种观测数据以实现对目标的稳定跟踪和精确打击。建立了适当的目标运动模型和观测模型,利用中心差分卡尔曼滤波（CDKF）变换处理模型的非线性问题,避免了求解复杂的雅克比矩阵。对于分布式多传感器融合,传统的方法多采用协方差交叉（CI）融合方法,但是这类方法需要寻优求解。而快速协方差交叉（FCI）则不需要进行寻优过程,且计算量小。在此基础上,提出了用于多传感器目标跟踪的CDKF-FCI融合算法。最后,对算法进行了仿真分析,并进一步验证了提出算法的有效性。     

天基强银河背景下的空间碎片探测试验及分析

本文设计并完成了银河背景下碎片探测试验,数据分析表明,强的银河背景会降低探测器对暗弱碎片的探测能力,但对碎片的天文定位精度影响不大。本文验证了采用基于探测概率的极限探测星等方法表征探测器极限探测能力的合理性,以及基于仿真的方法增加数据完备度的可行性。本文的工作将为后续天基探测器的设计及探测试验的开展提供依据。     

通信拓扑切换下的多飞行器协同拦截方法

针对通信拓扑切换条件下的多飞行器协同拦截问题,提出了一种基于扩张状态观测器的协同制导方法。建立协同制导设计模型,将协同拦截问题转换为视线稳定条件下的剩余飞行时间调节问题。为解决机动目标状态不确定的问题,将目标的状态视作扰动,设计扩张状态观测器来估计机动目标的状态,并在制导律中对目标的机动进行补偿。利用有限时间一致性理论进行一致性控制协议的设计,实现各飞行器剩余飞行时间的有限时间一致,并利用Lyapunov稳定性理论分析通信拓扑切换情况下闭环系统的有限时间稳定性,给出了系统一致收敛时间。仿真结果表明,在通信拓扑变换的情况下,设计的观测器能够有效估计目标状态,且协同制导律能够满足对剩余飞行时间的控制要求,进而实现协同拦截。     

轮控小行星探测器建模及跳跃移动仿真

小行星探测器在弱引力环境下无法采用传统的轮式机构进行移动。为解决该问题,采用反作用飞轮对探测器跳跃移动进行控制,并分析了该方案的可行性。根据Hertz碰撞定律及简化的Karnopp切向摩擦力模型,建立了探测器与地面的接触力模型。分析了轮控小行星探测器的起跳过程,给出了探测器静止起跳所需要的最小飞轮力矩关系。考虑到反作用飞轮存在惯性、粘滞、摩擦等情况,建立了轮控探测器的姿态动力学模型,并对探测器在均匀重力场下的连续跳跃过程进行了控制策略设计及仿真。结果表明:基于飞轮控制的小行星探测器跳跃移动在微重力环境下是可行的,且可以通过施加合适的控制力矩维持探测器跳跃的方向及跳跃过程的稳定性。     

上升段飞行器目标的视频图像跟踪

粒子滤波是一种基于贝叶斯估计理论和蒙特卡罗理论的实时目标跟踪方法,具有较为灵活的并行化跟踪方式,能够较好地维持跟踪目标的假设状态,具有较好的跟踪效果和鲁棒性。上升段飞行器目标飞行视频图像跟踪是火箭等目标飞行监控的重要阶段,但现阶段对飞行器上升段的视频图像跟踪主要依靠人工手动操作云台控制器,实现视频图像中的飞行器跟踪,跟踪图像存在跟踪滞后、画面抖动等现象,跟踪效果受人为因素影响较大。本文提出一种基于粒子滤波方法的上升段飞行器目标视频图像跟踪方法,建立飞行器目标粒子滤波跟踪模型实现对飞行器目标的识别和跟踪,在识别和跟踪的基础上建立云台控制模型,通过对云台的智能控制获得飞行器上升段的高质量图像。采用火箭发射的视频图像作为模型验证的实验数据,检验飞行器目标的跟踪效果。     

基于PTE的多雷达航迹融合算法

针对杂波背景下的多雷达航迹融合时局部估计误差互协方差矩阵未知的问题,提出基于目标存在概率（PTE）的航迹融合算法,提升了正确航迹率和跟踪精度。首先,通过综合概率数据关联得到单接收站的目标航迹估计集合和对应的目标存在概率。然后,在局部估计误差互协方差矩阵未知的条件下,基于PTE信息提出不带记忆的综合广义凸组合航迹融合算法。进而将前一帧的融合状态进行反馈,提出带记忆的综合广义凸组合航迹融合算法。仿真验证了所提算法的有效性。