基于遗传算法的嫦娥三号软着陆轨道设计

嫦娥三号是我国航天器首次在地外天体的软着陆和巡视勘探,而软着陆又是所有探测月球活动中最为关键的技术。该文利用飞行器动力学方程和能量守恒定律得出有关燃料和时间的方程。然后将遗传算法应用于着陆轨道的优化设计,通过MATLAB程序实现,给出了飞行状态和控制变量的仿真结果,得到了燃料最优的软着陆轨道。仿真结果表明,遗传算法可搜索到全局最优的着陆轨道。并对所得的制导轨道进行误差估计和敏感性分析。     

嫦娥三号软着陆轨道优化设计与研究

在嫦娥三号软着陆轨道优化设计中,以燃料最省和着陆安全为主要目标,结合实测数据和实际要求,对嫦娥三号软着陆过程进行分析,并对各阶段控制策略进行规划,运用MATLAB对嫦娥三号的着陆轨道进行了模拟优化设计,最终确立最优落月轨迹.通过建立误差分析和敏感性分析模型,对设计的着陆轨道和控制策略进行可行性分析,获得影响着陆器安全着陆的主要因素,为今后更深层次的月球探测和轨道优化提供理论依据和方法支持.     

基于3维模型的月球表面软着陆燃耗最优制导方法

为了解决月球探测器软着陆燃耗最优制导问题,基于变分法设计了最优制导律.首先,基于变分法,将问题转换为终端时间自由且带有条件约束的两点边值问题;其次,引入了时间尺度变换方法,将终端时间自由的两点边值转换成终点时间固定的两点边值问题;最后,为了确保两点边值的求解迭代算法收敛,提出了一种终端时间和共轭变量初始值猜测方法,并通过数值方法取得终端时间和共轭变量精确的初始值以及着陆过程中最优制导律和3维最优轨迹.仿真实验结果表明,所提方法有效,算法可收敛,并且实现了燃耗最优制导.     

航天飞机末端能量管理制导律

航天飞机在末端飞行时处于无动力状态,末端能量管理系统通过能量-射程剖面对飞行器实施制导,并对能量加以控制,引导飞行器到达安全的着陆窗口。本文根据能量控制原理给出了末端能量管理各飞行阶段的射程预测方法;确定了各飞行阶段的制导方法;并对整个制导律进行了仿真计算,仿真结果表明该制导律能满足自动着陆的要求。     

基于序列图像的火星软着陆自主导航避障方法

针对未知地形和障碍下火星软着陆精确避障问题,本文提出一种利用未知陆标序列图像测量的火星软着陆自主导航避障方法.该方法仅利用单目相机和惯性测量敏感器,以初始时刻星下点天南东系为着陆参考坐标系,利用火星表面未知陆标在连续两幅下降图像中的单位视线矢量测量及探测器状态估计建立未知陆标的隐式测量模型,通过EKF利用所建立的未知陆标隐式测量模型和基于IMU测量建立的运动学模型对探测器的运动状态进行估计,进而根据估计的探测器相对目标着陆点的位置和速度利用改进的四次多项式制导律完成避障制导控制.数学仿真表明,提出的方法可有效估计探测器相对于目标着陆点的位置和速度,并实现精度优于0.5 m的水平方向避障,从而满足火星软着陆安全避障的要求.     

可回收火箭动力着陆段在线制导算法

针对火箭垂直回收精确着陆问题,该文研究了基于凸优化的在线制导算法,提出了一种制导、导航与控制一体化闭环数值仿真方法.通过无损凸化和逐次凸化方法,将火箭回收段制导问题转化为二阶锥优化问题,并结合内点法将该特定问题进行定制求解.研究了在随机大气扰动、发动机节流特性、导航系统随机偏差以及系统整体时延等多重不确定因素作用下算法...     

考虑碰撞与黏滑的小天体表面软着陆模型与轨迹设计

在考虑碰撞与黏滑效应的情况下,针对小天体表面软着陆过程进行了研究.首先采用多面体模型分析了小天体表面的不规则外形与地形地貌.采用软球离散元模型填充多面体模型及覆盖多面体模型表面的方法来模拟不规则小天体的不规则几何外形、引力环境、表面碰撞与弹跳等.分别考虑了无效软着陆和软着陆成功两种不同情形下的着陆器动力学参数计算结果,分析了达到预定软着陆区域和未达到预定软着陆区域的算例的不同.研究表明,小天体表面软着陆的核心问题则是碰撞弹跳与黏滑效应.如果软着陆初始条件选取不佳,着陆器可能弹跳后继续形成环绕轨道运动、或者未弹跳直接形成平衡点附近的拟周期轨道、或者最终着陆区域远离预定软着陆区域而导致任务失败.小天体表面软着陆应尽量选择非赤道面、平坦区域或凹区域进行软着陆.     

有限视场下的攻击时间和角度多约束制导律

针对精确打击任务存在导引头视场受限这一过程约束的制导问题，提出了一种考虑视场限制以及攻击角度和时间多种约束的制导律.首先，在以比例导引项实现精确命中的基础上，利用最优控制理论，采用弹目距离加权控制能耗形式的指标函数，设计了攻击角度控制项，并推导了相应的剩余飞行时间解析预测表达式.其次，基于最优误差动力学方法，设计了攻击时间相关的控制项，保证了攻击时间误差的有限时间收敛.同时，针对导引头视场有限的问题，分析了各控制项对前置角收敛性的影响，利用特定的限制函数确保前置角在整个制导过程中始终处于有效视场内，并给出了前置角的有界性及收敛性证明.数学仿真结果验证了所提出制导律对多约束制导问题的有效性.     

MoM与GTD算法结合评估着陆系统电磁环境

为提高进近着陆系统对不断变化场地环境的适应能力,要求对着陆系统电磁环境进行准确评估.提出利用MoM和GTD算法结合的方法分析进近着陆系统电磁环境效应.用MoM计算照射到位于近区场的散射体的入射场,然后将此结果作为GTD算法的源以预测评估对着陆系统辐射场的受扰特性.结果表明这种方法可有效用于评估着陆系统电磁环境.     

可重复使用飞行器末端能量管理段自适应制导方法

末端能量管理段连接再入段和自动着陆段,在可重复使用飞行器返回再入及水平着陆过程中至关重要。本文通过跟踪在线地面轨迹对可重复使用飞行器进行制导研究,设计具有自适应性的制导方案,并通过仿真验证该方案的有效性和鲁棒性。     

进近着陆系统电磁环境仿真研究

针对进近着陆系统对于环境影响十分敏感的问题,从仿真流程、研究对象到研究方法等方面对进近着陆系统的电磁环境仿真做了系统的阐述,对仿真系统的整体架构提出设计方案,并给出了一种模拟仿真实例。     

光学导引系统的建模与仿真

在整个定点着舰过程中，飞机着舰下滑阶段的操纵难度和危险系数都是最高的，如何解决光学导引仿真中模型的准确度和视景特效的逼真度。是定点着舰仿真应用的重中之重。为了解决上述问题，根据光学导引秉统成像原理以及飞机、舰之间的几何关系，实时计算光学下滑道，建立了仿真平台的数学模型，并给出了状态方程。在基于VP平台的视景系统中，采用“立体光面”和动态缩放光晕的方法建立菲涅尔助降灯阵和迎角指示器的模型，保证了模拟着舰过程中飞行员视觉的逼真度。以美F-16飞机模型，进行了多次计算机仿真着舰，试验数据表明：在理想条件下光学导引仿真平台模型正确可信，飞行员着舰质量明显提高，能够起到导引着舰的作用。     

软着陆气囊参数可行域分析及优化设计研究

为建立系统的缓冲气囊设计方法,首先基于能量守恒方程,建立缓冲气囊的解析分析模型,并通过试验及有限元仿真进行了验证;在此基础上,建立了基于解析模型的缓冲气囊设计参数可行域的初步确定方法;并在可行域中选择合理设计初值,将缓冲气囊的解析求解器与遗传算法相结合,开展了缓冲气囊的优化设计方法研究.研究分析表明,通过确定气囊设计参数的可行域,可快速得到合理的设计初值,随后通过对设计初值进行优化,耗费较短的时间即可完成气囊缓冲系统各个设计参数的联动设计,提高气囊的缓冲效率,整套设计方法合理快捷,对工程实际具有较高的参考价值.     

基于LSTM的落速控制最优制导策略研究

针对高超声速飞行器末端速度控制的需求,在落角约束最优制导律的基础上,对制导律的量纲一过载特性进行分析,证明了通过调节制导参数,能够对飞行末端速度产生影响;进而提出了制导律末速控制的策略,并基于此提出了对气动偏差适应的制导律在线设计方案;采用LSTM深度神经网络,进行了制导律参数在线设计算法的实现;最后进行了弹道仿真,对所设计的制导参数在线设计算法进行验证. 仿真结果表明其在保证末端命中精度和落角满足指标要求的前提下,对弹道的末端速度控制能力有显著提升.      

基于广义乘子法的月球软着陆轨道快速优化设计

从探月器质心运动方程组出发,以探月器环绕月心的旋转角速度为中间变量,通过积分变换,将其对时间变量的积分转化为对状态变量的积分,使得原问题转化为终端积分变量固定型最优控制问题.在此基础上,通过优化变量的直接离散化和四阶Admas预测一校正数值积分方法,将软着陆轨道优化问题转化为有约束非线性规划问题.采用广义乘子法处理约束条件,采用拟牛顿法求解处理后的无约束最优化问题.仿真结果表明,此方法收敛速度快(耗时小于1s),优化精度高(接近理论最优解),对初始控制量不敏感、鲁棒性好.可用于探月器机载计算机实时生成软着陆轨道.     

飞机着陆引导系统对机场净空要求的影晌分析

分析了飞机使用双信标着陆系统、仪表着陆系统和雷达引导着陆系统实现进场着陆时 ,实际航线相对于规定航线的误差 ,在此基础上提出了机场净空要求的建议值     

着陆器软着陆垂直冲击试验研究

月球着陆器着陆过程中会产生巨大的冲击作用,影响其内部精密仪器的正常工作,且着陆安全性问题决定着着陆任务的成败,因此,研究着陆器软着陆过程中与月壤的动力响应具有重要意义。文章首先基于对着陆器着陆冲击过程研究,建立了着陆器与模拟月壤相互作用理论模型;之后,利用自主研发的着陆冲击试验系统,采用半球形足垫(简称“足垫”)模拟着陆器缓冲支腿,通过垂直着陆冲击试验,对冲击模拟月壤过程中足垫的着陆质量和冲击速度对着陆冲击过程的影响进行了详细研究。研究结果表明,模拟月壤密实度一定,较大的着陆质量能有效提高着陆器冲击机械能的耗散效率;冲击速度越大,着陆器在单位时间内转移到模拟月壤的动量越多,模拟月壤颗粒对着陆器产生的作用力越大;冲击能表征了着陆质量和冲击速度,对垂直着陆冲击过程有很重要的影响。最后,通过试验结果与理论模型对比,对着陆器与模拟月壤的动力学模型进行了验证。文章的研究结果可为设计安全载人登月月面着陆器提供必要的试验数据与理论参考。。     

基于窗口傅里叶变换的舱音记录器声信息分析

通过驾驶舱话音记录器(CVR)录制了某飞机5种典型事件信息,如飞机飞行时左发动机故障、飞机起落架动作等,然后对录制的CVR信息进行滤波、A/D转换,利用Goldwave音频特效处理软件和窗口傅里叶变换(WFT)进行处理和分析.分析结果和理论计算值吻合,这为分析简单CVR声信息提供了一种有效方法.     

月面自主精确软着陆的景象匹配方法研究

为提高月球探测器自主软着陆的落点精度,利用绕月飞行器和着陆探测器下落图像,提出一种基于尺度信息的多模板递阶景象匹配方法.在月面图像尺度空间上快速提取FAST角点,并确定特征点精确尺度、位置和方向.在特征点邻域建立图像块采样模式,通过图像块像素比较形成二进制串特征描述子,利用海明距离(Hamming distance)进行特征匹配.实验结果表明,目标在尺度缩放、旋转和光照变化等极端条件下,该算法能够实时完成月面着陆目标区域的准确识别和稳定跟踪,实现月球探测器的远距离、高精度自主导引着陆.