共面伴飞相对运动椭圆相位最省燃料控制问题

针对伴随微纳卫星资源受限,轨控需实现最省燃料控制的现实问题,基于Hill方程和二元函数极值理论,研究了共面编队伴飞卫星的最省燃料相位控制策略。分析结果表明：当需要改变的相位为锐角、ΔV<05nb横向控制对相对运动椭圆相位改变效率最高,ΔV=05nb|cosΘ|控后相位为相对运动椭圆左右点,同时将相对运动椭圆短半轴控小;以伴随卫星绕参考卫星共面伴飞相位控制为例,应用这一理论求解了控制策略。     

基于像素间孤波的图像处理模型分析

通过对数字图像像素栅格之间非线性影响的研究,建立了像素间非线性影响的一维和二维时间演化方程模型,通过对方程模型的分析可知图像在空间上是离散的,图像像素之间的作用关系是非线性连续的,且方程具有解析性的孤波解.模型重点研究像素孤波的两个孤波之间的相互作用,给出了像素孤波的二孤波解,利用像素孤波的相互作用来研究模型的性能,发现像素孤波相互作用后仍能保持自身性质不变,因此可用像素孤波代替像素本身.同时发现像素孤波在相互作用时其幅值是两者的非线性叠加,可以作为影响的结果;并且像素孤波相互作用时其相位会发生特定的改变,可以将其映射为像素之间相互影响的方向信息.通过实验表明,模型可以用在图像滤波中,平滑度并不最优但是图像细节得到更多保留.      

基于深度神经网络的无限时域型航天器追逃策略求解

航天器追逃博弈是当前航天领域的一个研究热点,传统上多采用微分对策来获取追逃双方的最优控制策略,但是方法求解复杂、计算量大,难以满足复杂任务和对抗类任务的实时性要求。随着机器学习技术的发展,利用深度神经网络结构实现全部或部分的在线决策成为可能,因此研究了基于深度神经网络生成无限时域型追逃博弈最优控制策略问题。首先基于CW方程建立追逃博弈相对运动模型,采用微分对策理论得到追逃最优控制策略,得到训练数据集和测试数据集;基于TensorFlow环境搭建了4层神经网络,采用Adam优化算法对网络进行训练。仿真结果表明,经过训练的深度神经网络生成的控制策略与传统方法的策略基本一致,虽然长时间追逃的控制差异逐渐增大,但变化趋势相同,说明利用深度神经网络生成航天器追逃博弈的机动策略是有效的。     

GNSS广域差分改正数估计方法研究

随着我国北斗三号基本系统的正式运行,基于地面监测站的广域差分增强系统成为进一步提升卫星导航定位精度的手段之一。在码噪声多径误差修正(CNMC)的基础上,使用等效钟差方法实现GNSS卫星轨道与钟差误差的解耦,并依据卫星轨道运动的动力学特性,引入希尔差分方程描述卫星轨道误差变化,实现对轨道误差的实时卡尔曼滤波估计。基于GPS实测数据,对改正前后的用户等效测距误差(UERE)和定位精度进行了对比研究。实验结果表明,采用该方法,UERE标准差由改正前的0.456 m减小至0.227 m,降幅达到50.22%;整体水平定位误差(95%置信区间)由0.981 m减小至0.782 m,垂直定位误差(95%置信区间)由1.991 m减小至1.131 m,分别提升了20.29%和43.19%,差分改正效果明显。     

脉冲推力下多星协同搬运的预测博弈控制

在轨装配过程中,为了将装配结构运输到装配主体结构附近的期望位置,利用多个微小卫星进行协同搬运。针对多星协同搬运的轨道转移控制问题,为满足多种控制约束的同时减少星载燃料和通信资源消耗,研究了脉冲推力下的多星自主博弈控制方法。考虑到各个微小卫星的独立性和协同性,以相对轨道动力学为模型、以控制精度和能量消耗的二次型为局部目标函数构建多星博弈问题,个体能够通过局部目标函数的优化获得控制策略,避免了传统集中式方法所需的控制分配。鉴于微小卫星的控制能力以及通信能力,引入脉冲推力形式并将其与控制幅值约束合并描述为存在周期及幅值限制的力约束,与避免干扰姿态的力矩约束一起作为多星博弈问题的控制约束,相较于连续推力形式便于实施。在多约束博弈求解方面,设计了预测博弈控制算法来分布式地逼近纳什均衡策略,将计算负担分散在各个微小卫星之间的同时提高了方法的容错性。最后,数值仿真表明：所提出的脉冲推力下的预测博弈控制方法能够在满足多种控制约束条件下使得装配结构达到期望状态,在燃料消耗和通信压力等方面显著优于传统集中式方法。     

“定黏假设”对伴随系统求解和梯度精度影响

“定黏假设”的引入能简化伴随方程的推导及流场求解器的子程序微分过程,但同时会引起灵敏度计算误差,有时甚至导致求解的不稳定性。为了探讨层流和湍流黏性系数对伴随灵敏度计算精度的影响程度,分别研究了3种不同定黏方法：冻结层流黏性系数方法(FLV),冻结湍流黏性系数方法(FEV)和同时冻结层流及湍流黏性系数方法(FLEV)。首先基于代数形式的主方程和目标函数详细推导了完全湍流及3种不同定黏方法所对应的伴随方程;然后介绍如何利用自动微分软件开发相应离散伴随求解器并给出流程图;最后以跨声速NASA Rotor 67为研究对象,通过与线化求解器和完全湍流伴随求解器的结果进行对比,分析研究不同工况(最高效率点及近失速点)下“定黏假设”方法对离散伴随系统求解稳定性、灵敏度收敛性、灵敏度精度及残差的渐近收敛率的影响。     

航天器末端拦截自适应博弈策略

针对航天器末端拦截博弈问题,基于微分对策理论研究了各星的博弈策略。根据拦截空间是否具有防御器将博弈态势分为双星博弈和三星博弈。首先考虑拦截器与目标的双星博弈态势,以终端脱靶量为指标设计了相对博弈策略,并提出时间分析方程以提高策略对不同拦截态势的自适应性。然后,考虑具有防御器的三星博弈态势,提出了博弈切换策略将其化为分段双星博弈,并将双边时间方程扩展到三星博弈中,使拦截器在不被防御器反拦截的情况下,实现对目标的快速拦截。最后仿真分析了博弈策略与时间分析方程对航天器拦截博弈问题的有效性。     

基于跟踪微分器的姿控喷管故障检测

针对航天飞行器姿控喷管故障的检测问题，提出了一种基于跟踪微分器(TD)的故障检测方法。该方法在考虑测量噪声、安装误差、转动惯量误差、姿控喷管特性、质心偏移等因素的基础上，设计了带低通滤波器的跟踪微分器，用来估计姿控喷管的输出力矩，并根据上述对象的实际偏差设计了无故障时估计力矩随指令力矩变化的力矩包络，即在无故障时估计力矩不会超出包络，通过检测估计力矩是否超出包络来判断是否发生故障。通过数学仿真，表明该方法能有效检测航天飞行器姿控喷管的故障，检测成功率高并且几乎没有误检。     

关于热力学空间概念的探讨

在气体力学研究中,不可避免地将引用热力学的基本定律,过去在不少工科著者所用的论述中常将传热量Q和气体所做的功W的微增量写为dQ和dW。但从严格的数学理论而言,这是不正确的表达式。笔者在参与《航空空气动力手册》的编审中曾经提出过此问题,在手册的再版时已经改正为δQ和δW。但此后一些气体力学的著作未能引起注意,仍然习惯地写成dQ和dW。为此,在本文中作一个严格的证明,并提出了热力学空间的概念,以澄清以往的混淆。