共线平动点的动力学特征及其在深空探测中的应用

首先系统地阐述了限制性三体问题中共线平动点的动力学特征,给出了这类平动点附近的中心流形（周期轨道和拟周期轨道）及双曲流形（稳定与不稳定流形）的计算方法,并在限制性三体问题模型下给出了相应的数值算例。在此基础上,进一步探讨了将探测器定点在共线平动点附近的条件和相应的轨道控制问题以及如何利用共线平动点的不稳定性实现节能过渡问题,并在太阳系多天体引力模型下给出了一些算例。     

基于平衡流形模型的航空发动机线性建模方法

研究了利用平衡流形模型建立航空发动机线性模型的方法。详细讨论了平衡流形模型的构造过程,给出从对象的平衡流形模型获取线性模型的理论依据。比较了线性化模型和平衡流形模型的有效范围,分析了两步法建立平衡流形模型允许采用更大的扰动量的原因。通过仿真验证了利用较大的扰动信号辨识平衡流形模型,进而获取线性模型的有效性。     

鲁棒的低秩鉴别嵌入回归

局部保持投影（Locality preserving projection, LPP）在特征提取中得到了广泛的应用。但是,LPP不使用数据的类别信息,并且采用L2范数来进行距离测量,对异常值高度敏感。本文从监督的角度考虑LPP的权值矩阵,并结合低秩回归的方法,提出一种新的模型来发现和提取特征。利用L2,1范数来约束损失函数和回归矩阵,不仅降低了对异常值的敏感性,而且限制了回归矩阵的低秩条件。然后给出了优化问题的求解方法。最后,本文将该方法应用于多个人脸数据库和掌纹数据集进行了性能测试,并将实验结果与现有的一些方法进行比较,结果表明该方法是有效的。     

基于样条函数的涡轮发动机平衡流形模型展开辨识方法

多项式表示的涡轮发动机平衡流形往往存在偏差,会使辨识的动态参数不太准确。应用样条函数来表示平衡流形展开模型的相应参数,解决了区域内的动、静态参数关系和区域间参数的连续条件构造的辨识问题;以涡喷发动机辨识算例证明了该方法的有效性。     

混沌疲劳初探

引入非线性动力系统分叉与混沌研究方法,探讨疲劳损伤系统的性质突变.基于物理力学观点,提出了疲劳损伤微观系统模型,定性地分析、讨论了疲劳损伤系统的局部分叉(Hopf分叉)与全局分叉(混沌)机制,给出了系统产生局部分叉时的参数取值范围和产生混沌运动的门槛值.     

航拍视频的多向条带拼接算法

无人机航拍视频中经常出现航向频繁改变的情况。基于条带的视频拼接算法尽管在处理速度上有很大优势,但是限制了相机的拍摄方式,主要处理平动相机拍摄的视频。用于采集全景图信息的纵向条带如用来扫描非平动场景会使效率降低甚至失效,所以不能直接拼接航拍视频。针对该问题,本文提出一种多向条带拼接算法,通过量化场景运动方向到预先定义的多个区间,分情况选取最佳方向的条带,控制了条带扫描方向与场景运动方向之间的最大夹角,从而避免了采集效率的降低。实验结果表明这种方法能有效拼接航向变化的仿真视频,全景图结果覆盖的场景范围大于原算法,证明了算法的有效性。     

从地球到日-火系平动点轨道的转移

平动点轨道特殊的空间位置及动力学特征,使其在深空探测中具有重要的应用。以日-火系平动点轨道(Lissajous与Halo轨道)任务为目标,结合平动点轨道的不变流形理论,研究了小推力转移问题。首先给出了圆型限制性三体动力学模型下平动点附近不变流形(稳定和不稳定流形)高阶分析解以及相应的计算实例。接着以流形分析解为基础,建立了初始小推力轨道优化模型,并利用改进的协作进化算法求解初始小推力轨道。最后将初始轨道离散,采用多点打靶法将最优控制问题转化为参数优化问题,并用序列二次规划方法(SQP)求解。仿真结果证明轨道设计方法的有效性。     

椭圆三体问题中的时间周期不变流形

借助有限时间Lyapunov指数（FTLE）定义拉格朗日拟序结构（LCS）,并以单摆系统为例阐述LCS与动力系统中不变流形之间的联系.利用LCS研究椭圆限制性三体问题（ER3BP）中的时间周期不变流形的性质.采用数值方法验证得到了两点结论：时间周期不变流形的内部是穿越轨道集,外部是非穿越轨道集;时间周期不变流形是轨道的不变集.     

基于准流形方法日地系L3点转移轨道设计

针对深空探测中轨道转移时间长且能量消耗较大的问题,提出基于准流形实现从地球停泊轨道到日地系L3点转移轨道的设计方法。在日地限制性三体问题模型下,在L1点或L2点Halo轨道上施加扰动推力,构造准流形,利用其非线性三体动力学特性,通过霍曼转移轨道与近地轨道进行拼接,使航天器进入准流形后能够无动力滑行到L3点附近区域。在准流形与L3点周期轨道交点,施加速度脉冲,使航天器进入相应周期轨道,从而完成轨道转移。仿真结果表明,利用该方法所得结果与基于不变流形的转移轨道相比,能将速度增量从4398m/s减少为4014m/s,并将转移时间从9年以上缩短到7.3年以内,有效地提高了航天器的工作效率。