基于三阶解析解的小行星平衡点附近halo轨道确定方法研究

尽管周期解的存在性已经被证明,但要在给定的动力学系统中寻找到满足一定精度要求的周期解依然是一件极富挑战性的工作.提出如下方法确定小行星平衡点附近精确的周期轨道(halo轨道).首先扩展运动方程:将小行星平衡点附近轨道运动方程的右端项在平衡点处展成三阶幂级数.从而将非线性运动学方程扩展为拟线性微分方程.然后求近似解析解:应用Lindstedt-Poincaré方法求解扩展后的运动方程组,将周期解和其运动频率展开成三阶幂级数,并将二者代人扩展后的拟线性微分方程中.这样就可以得到三个不同阶的线性运动方程,逐次求解三个微分方程并消除解中的永年项即可得到hal.轨道的三阶解析解.最后微分校正:将周期轨道在三阶解析解附近线性化,得到状态转移矩阵,并使用状态转移矩阵和轨道终端状态的偏差修正轨道初值,从而得到满足精度要求的精确引力场中的halo轨道.     

Precise control of a magnetically suspended double-gimbal control moment gyroscope using differential geometry decoupling method

Precise control of a magnetically suspended double-gimbal control moment gyroscope (MSDGCMG) is of vital importance and challenge to the attitude positioning of spacecraft owing to its multivariable, nonlinear and strong coupled properties. This paper proposes a novel linearization and decoupling method based on differential geometry theory and combines it with the internal model controller (IMC) to guarantee the system robustness to the external disturbance and parameter uncertainty. Furthermore, by introducing the dynamic compensation for the inner-gimbal rate-servo system and the magnetically suspended rotor (MSR) system only, we can eliminate the influence of the unmodeled dynamics to the decoupling control accuracy as well as save costs and inhibit noises effectively. The simulation results verify the nice decoupling and robustness performance of the system using the proposed method.     

一种用于空间翻滚目标接近控制的相对运动建模方法

针对空间翻滚目标等一类相对运动复杂的接近控制问题，首先重点研究了基于微分几何理论的相对运动建模，建立视线旋转坐标系下的三维相对运动方程；然后将三维相对运动解耦为视线瞬时旋转平面内的相对运动和该平面的转动，建立了统一的控制器设计框架，形式统一简洁、物理意义明确，消除传统制导与控制策略中俯仰、偏航通道的耦合因素影响；最后通过六自由度仿真算例证明，相对运动模型物理意义明晰、鲁棒性强、控制精度高、工程实现容易。     

Guidance laws for attacking defended target

In this paper, two new guidance laws based on differential game theory are proposed and investigated for the attacker in an attacker-defender-target scenario.The conditions for the attacker winning the game are analyzed when the target and defender using the differential game guidance law based on the linear model.The core ideas underlying the two guidance laws are the attacker evading to a critical safe boundary from the defender, and then maintaining a critical miss distance.The guidance law more appropriate for the attacker to win the game differs according to the initial parameters.Unlike other guidance laws, when using the derived guidance laws there is no need to know the target and the defender's control efforts.The results of numerical simulations show that the attacker can evade the defender and hit the target successfully by using the proposed derived guidance laws.     

火星探测转移轨道中途修正分析

中途修正分析是深空探测任务设计的关键步骤。首先讨论火星探测中途修正速度增量的求解方法,并由此对多次修正问题进行了Monte Carlo仿真分析。为满足不同的计算需求,针对速度增量的求解问题,给出了精确算法和快速算法两种思路,并对二者的解算精度进行了对比。以2018年某火星探测轨道为例,根据设定误差,计算得出了各次修正速度增量和残余误差随修正时间变化的数据曲线,进而对修正时机的选择问题进行了讨论,并对5次修正策略进行了仿真分析。实验表明,Monte Carlo仿真数据能够直观地反映多次修正的基本规律,讨论结果可以为修正策略的制定提供一种思路和数据参考。
     

An Adaptive Weighted Differential Game Guidance Law

For intercepting modern high maneuverable targets, a novel adaptive weighted differential game guidance law based on the game theory of mixed strategy is proposed, combining two guidance laws which are derived from the perfect and imperfect information pattern, respectively. The weights vary according to the estimated error of the target’s acceleration, the guidance law is generated by directly using the estimation of target’s acceleration when the estimated error is small, and a differential game guidance law with adaptive penalty coefficient is implemented when the estimated error is large. The adaptive penalty coefficients are not constants and they can be adjusted with current target maneuverability. The superior homing performance of the new guidance law is verified by computer simulations.     

机动目标的空间交会微分对策制导方法

针对目标机动情况,利用定量微分对策方法分析连续推力作用下的空间交会追逃微分对问题,提出用非线性规划求解该微分对策问题的方法,建立空间交会追逃微分对策的非线性规划模型,有效解决了机动目标空间交会微分对策模型高度非线性且难于利用经典最优控制理论进行求解的问题,实现了最优控制与对策论的结合,并通过数值仿真校验了该方法的有效性。     

基于竞争博弈的多目标可靠性优化设计方法

针对目标权重选取的主观性问题,提出基于竞争博弈进行多目标可靠性优化设计的方法。首先,将各设计目标视为不同的博弈方,通过随机设计变量集映射（RDVSM）技术,将优化模型中的随机设计变量集分解为各博弈方所拥有的策略集;然后,各博弈方以自身收益为目标,结合性能测量方法在各自的策略集中进行单目标可靠性优化设计,并由所有的优化设计结果形成一轮博弈的策略组合;经过多轮博弈之后得博弈均衡解。压力容器和齿轮减速器2个案例的分析表明,所提方法有效避免了目标权重的选择,设计结果具有较高客观性。      

基于合作博弈论的水下声传感器网络

声学传感器节点之间的合作面临声学信道故障、声学信号的长传播延迟、有限带宽和连接丢失等挑战,成为水下探索和海底监测研究中的关键问题。在节点合作中,可以利用合作通信博弈改善节点之间的合作问题。首先,介绍了水下声传感器网络中影响合作的各种因素,围绕水下通信的可靠性、能耗性、安全性等方面,提出水下合作的分类,并且从不同的角度研究了用于水下声传感器网络的各种合作技术;其次,通过回顾博弈论在节点相互合作中的应用,分析了不同的合作博弈方法,比较了它们在不同指标上的性能;最后,介绍了水下声传感器网络的开放性问题和未来研究方向。     

基于自适应动态规划的反高超武器微分对策制导律

随着各国高超声速技术的武器化进程加快,对反高超声速武器拦截技术的研究也不断深入,高超声速 武器高速度、大范围主动博弈突防的拦截制导问题成为拦截制导律设计领域的研究热点。针对具有主动博弈突防能力的高超声速目标拦截场景进行微分对策问题建模,并采用基于双启发式的自适应动态规划算法,对连 续非线性系统的微分对策纳什均衡解进行求取;通过 Matlab数字仿真对设计的拦截制导方法进行验证。结果 表明:相较于最优滑模制导律,基于自适应动态规划的微分对策制导律对目标的逃逸机动具有更强的适应性, 能够获得更高的拦截精度。