基于自适应滤波的高超声速滑翔目标三维跟踪算法

针对临近空间高超声速滑翔飞行器机动模式复杂,单一运动学模型难以完成三维跟踪的问题,提出一种三维跟踪方法.将飞行器机动弹道分为纵向和横向弹道,根据飞行器机动特性,在纵向上将加速度建模为零均值的二阶时间自相关随机过程,在横向上采用Singer模型和匀加速模型进行交互多模型(interactive multiple mode...     

NSHV机动目标跟踪的自适应模型算法

临近空间高超声速飞行器具有飞行轨迹多变、机动性强等特点,而周期性的滑跃式飞行是其常用的重要机动形式。将目标加速度建模为时间自相关的随机过程,结合“当前”统计模型的自适应跟踪思想,提出了一种针对临近空间高超声速飞行器机动目标跟踪的模型。采用容积卡尔曼滤波算法分别对单模型和交互式多模型进行了蒙特卡罗仿真分析,结果表明该模型在跟踪临近空间高超声速飞行器时有较好的跟踪精度和适用性。     

空间飞行器姿态机动预测跟踪控制技术

针对空间飞行器大角度机动调整的非线性控制方面问题,从空间飞行器的非线性动力学模型出发,主要讨论了空间飞行器的一种对动力学模型要求较为宽松的自适用跟踪滤波模型和利用自适用跟踪滤波对飞行器进行一步无控预报方法,以及探讨了利用跟踪滤波的一步无控预报信息对空间飞行器进行解耦控制的预测控制技术。同时,通过仿真计算,结果表明此解耦控制方法收敛快,跟踪精度高,稳定性好,控制信息量连续等特点。     

临近空间非弹道式目标跟踪修正变结构滤波

以X-51A和HTV-2为代表的临近空间高超声速飞行器采用非弹道式机动飞行方式,飞行速度快而且其加速度不规则,难以精确估计其运动状态。针对临近空间目标4种典型的非弹道式机动模式,设计了一种修正变结构交互式多模型(modified variable structure interacting multiple model, MVSIMM)算法。该算法采用当前统计模型作为中心模型,左右两边采用匀速转弯模型,相比传统变结构多模型算法, 提高了模型切换速度,实现更加实时,可以更高精度跟踪临近空间目标飞行器。仿真结果表明,针对4种非弹道式机动模式,修正变结构交互式多模型算法效果优于固定结构多模型滤波方法。     

基于扰动大气模型的乘波构型飞行器再入弹道仿真

作者在半速度坐标系建立临近空间乘波构型再入飞行器质心动力学方程,将地球扰动大气模型应用于飞行器再入弹道分析,讨论了再入点运动参数和飞行器设计参数对标准弹道的影响,完成了不同大气模型对飞行器再入弹道射程、高度、过载、热流特性影响的对比分析。仿真结果表明：大气模型的变化对临近空间乘波构型飞行器再入弹道终点高度、最大过载、最大热流、总吸热量等参数影响明显,飞行器总体、结构、热防护、导航、制导与控制等系统设计必须考虑大气参数变化的影响。     

基于AGIMM的临近空间机动目标跟踪滤波算法

由于临近空间高超声速目标的机动形式复杂,单一模型很难满足高精度跟踪的需要。因此需要使用基于多种模型进行交叉耦合的交互式多模型算法,这种算法特点与临近空间目标高速、高机动特性相适应。提出了一种自适应网格交互多模型跟踪算法用于临近空间高超声速机动目标的跟踪问题。所提方法能够处理自适应时变模型集合,随时调整当前时刻使用的模型数量,相比于固定结构交互式多模型算法极大减少了计算量,计算效率和跟踪精度更高,数值仿真结果验证了所提算法的有效性。     

基于机动判别的变结构交互多模型跟踪算法

临近空间高超声速机动目标具有高速、高机动的运动特性,协同转弯模型是跟踪临近空间目标的常用模型之一。基于协同转弯模型的自适应网格交互多模型(adaptive grid interaction multiple model, AGIMM)算法能够较好地适应临近空间高超声速目标运动特性,但AGIMM算法存在着依赖中心网格模型,非机动时刻模型集收敛缓慢的问题,基于此提出了一种基于机动判别的变结构交互多模型算法。所提算法根据目标机动特性调整跟踪模型集的结构及模型概率转移矩阵,加快了非机动时刻模型集的收敛速度,克服了AGIMM算法存在的问题。通过蒙特卡罗仿真验证,改进的算法相对于AGIMM算法提高了对临近空间高超声速目标的跟踪性能。     

高超声速滑翔飞行器动态逆解耦跟踪控制方法研究

针对临近空间高超声速滑翔飞行器再入段俯仰偏航以及滚动三通道运动存在非线性耦合严重的情况,建立了高超声速滑翔飞行器的多变量强耦合非线性时变倾斜转弯控制模型,提出了一种将过载控制转化为所需迎角侧滑角及滚转角误差的三通道联合跟踪控制方法,根据高超声速滑翔飞行器制导回路快速性的动态性能要求,设计了一种基于非线性动态逆及状态反馈的解耦综合控制器,闭环仿真结果表明该方法能够实现三通道运动解耦控制和制导指令跟踪,满足系统动态性能的要求。     

基于交互式多模型算法跟踪临近空间目标

由于目前机动目标模型越来越向模块化、并行计算的方向发展,对目前算法计算效率提出了更高的要求。对于临近空间超声速机动目标一般采用多种机动模型跟踪,单一模型已经很难满足高精度跟踪的需要。因此需要使用基于多种模型进行交叉耦合的交互式多模型（interacting multiple model, IMM）算法,这种算法特点与临近空间目标高速、高机动特性相适应。同时考虑到扩展卡尔曼滤波 (extended Kalman filter, EKF) 算法对强非线性对象滤波效果不好, 无迹卡尔曼滤波(unscented Kalman filter, UKF)算法对于此类问题,可以很好地加以解决。仿真对比试验表明,交互式多模型〖CD*2〗无迹卡尔曼滤波(interacting multiple model unscented Kalman filter, IMM UKF)算法优于单一模型EKF算法。     

高动态无人飞行器再入段GNC系统关键技术研究

临近空间高动态无人飞行器能够远程机动飞行,具有深远的战略意义,世界各军事大国对高动态无人飞行器的研究开展已久.再入段是高动态无人飞行器飞行的重要阶段,对飞行器的"神经中枢"--制导、导航与控制系统(guidance,navigation and control system,GNC)提出了严格的要求.分析了高动态无人飞行器在临近空间再入段飞行时GNC系统的体系结构、信息传递关系以及各子系统的任务功能,提出了再入过程中GNC系统的部分关键技术.     

基于扰动观测器的飞行器轨迹跟踪控制器设计

针对多种扰动作用下的固定翼飞行器三维轨迹跟踪问题, 设计了一种基于改进非线性扰动观测器的非奇异快速终端滑模轨迹跟踪控制器。首先推导固定翼飞行器三维轨迹跟踪误差模型, 考虑模型误差和飞行过程中的未知扰动, 设计了一种基于状态估计误差反馈的非线性扰动观测器对扰动进行观测。基于非奇异快速终端滑模控制方法, 采用双幂次趋近律设计轨迹跟踪控制器, 并证明了闭环控制系统的稳定性。仿真结果表明, 在多种扰动的作用下, 所设计的轨迹跟踪控制器能够对三维机动轨迹进行准确、稳定的跟踪。     

基于大地坐标系的IMM航空器短期航迹外推

针对航路飞行阶段的航空器, 通过对比空间直角坐标系和大地坐标系的优劣, 采用大地坐标系表示航空器的位置; 基于大地坐标系, 将航空器的运动解耦成3个方向上的独立运动, 分别建立每个方向上的子模型; 使用交互式多模型(interacting multiple model, IMM)算法对航空器的航迹进行跟踪。仿真结果表明, 基于大地坐标系的IMM算法对于航空器有很好的轨迹追踪性能; 根据航空器末时状态及各个子模型的概率分布进行航空器的航迹短期外推, 基于大地坐标系的IMM算法的航迹外推性能优于基于空间直角坐标系的IMM算法的航迹外推性能。     

新型六旋翼飞行器的轨迹跟踪控制

针对新型六旋翼飞行器,提出一种轨迹跟踪控制策略。首先,给出了六旋翼飞行器的运动学模型和动力学模型,同时给出存在复合干扰情况下的运动学模型,并提出了一种新的复合干扰估计算法,该算法是由干扰估计误差驱动而非传统的状态跟踪或者预测误差。随后,设计了飞行器动力学和运动学模型的backstepping控制器,在动力学模型的控制器设计中将指令滤波和线性跟踪微分器用于其中,以提高系统对控制指令的响应速度。最后,通过仿真验证实验,验证了所提干扰估计算法和轨迹跟踪策略的正确性和有效性。     

基于NDO的飞机轨迹跟踪抗干扰控制律设计

针对飞机纵向欠驱动耦合动力学模型设计鲁棒轨迹跟踪滑模控制律。首先,通过引入虚拟状态变量进行状态变换实现模型控制解耦。其次,考虑由系统建模误差和大气干扰组成的复合不确定性,设计非线性干扰观测器(nonlinear disturbance observer, NDO)进行观测补偿。然后,建立飞机极短距起降中攻角变化轨迹曲线,设计滑模控制律实现对虚拟状态变量和攻角轨迹指令的稳定跟踪。仿真结果表明,NDO可以实现对系统不确定性的精确观测和补偿,滑模控制律具有对系统建模误差和大气风切变的鲁棒性和抗干扰性。     

TF/TA~2 trajectory tracking using nonlinear predictive control approach

1 .INTRODUCTIONThei mportance of terrain-following,terrain-avoid-ance ,andthreat-avoidance (TF/TA2) guidance forcruise missiles and aircraft is a well-recognized as-pect of military operations . Typically , the TF/TA2guidance system development consists of twomajor steps : (1) opti mal trajectory generationwithin maneuvering constraints considering ter-rain,obstacles and threats toincrease both surviv-ability and mission effectiveness ; (2) control lawdevelopment to followthe opti mal t…     

飞行器栖落机动切换控制设计及其吸引域计算

针对固定翼无人机栖落过程的纵向运动,研究栖落轨迹跟踪控制问题及其相应的吸引域计算方法。首先将飞行器栖落机动过程的动力学模型沿参考轨迹线性化,并建立分段线性切换系统模型。在此基础上,结合最优控制理论与切换系统全局稳定分析方法,设计了栖落轨迹跟踪切换控制律。然后,为确定局部稳定区域从而保证飞行器能在预期时间内准确地栖落在目标区域,设计相应的平方和优化算法,计算了切换控制下的栖落轨迹吸引域。最后,对固定翼飞行器的栖落过程进行了仿真,仿真结果验证了所设计的跟踪控制器的有效性与所计算的吸引域的正确性。     

基于扩张观测器的输入受限四旋翼飞行器轨迹跟踪动态面输出反馈控制

针对速度不可测和输入受限的四旋翼飞行器轨迹跟踪控制问题,考虑系统存在模型动态不确定和外界干扰未知的情况,提出一种输入受限四旋翼飞行器轨迹跟踪动态面输出反馈控制方法。该方法首先设计非线性扩张状态观测器估计飞行器系统的速度和广义扰动,然后结合反演法和动态面技术设计动态面轨迹跟踪控制律,以降低控制算法的复杂性,同时引入双曲正切函数解决控制输入饱和问题,并构造辅助方程降低饱和效应,最后选取李雅普诺夫函数证明闭环系统所有信号一致最终有界。以大疆M100飞行器为目标进行控制仿真,结果表明,所设计的输出反馈控制器能够有效地处理飞行器系统控制输入受限、速度不可测和未知干扰问题,实现飞行器精确轨迹跟踪控制。     

TF/TA trajectory tracking using nonlinear predictive control approach

The use of a methodology of nonlinear continuous predictive control to design the guidance control law for the aircraft TF/TA² trajectory tracking problem is emplojed. For the derivation of the predictive control law, by using Taylor series expansion, and based on optimizing a performance index which is a quadratic function of both the predictive value of the state variables and the control inputs, a state variable feedback controller for nonlinear systems is obtained, and it provides a tradeoff between satisfactory tracking performance and the control magnitude requirements. Numerical simulation results for a supersonic fighter aircraft model show the viability of this approach.     

Study on robust terrain following control

1.INTRODUCTION Terrainfollowing(TF)isanimportanttechnology formodernaircraftsuperlowaltitudepenetration flights.Iteffectivelymakesuseofinterferenceand deadzonesinenemydefensesystemscreatedbystray groundwavesandterrainundulations,raisingaircraft survivalcapabilities.Manymethodsareusedinair craftsuchasadaptiveanglemethodinF 111andB 1, templatemethodin“Tornado”and“Mirage2000” etc.TFtechnologyisalsousedincruisemissilessuch as“Tomahawk”.Aerodynamicnonlinearitiesandthe uncertaintiesof…     

基于非线性动态逆滑模的纵向着舰系统设计

通常发生的舰载机进舰着舰事故中,大多数是由于舰载机纵向航迹控制不好导致的。因此,针对着舰过程中的舰载机非线性运动模型,考虑舰尾流扰动的影响,提出了一种基于非线性动态逆的滑模控制方法,应用在纵向着舰系统的3个控制回路的设计中,来解决精确控制飞行轨迹的问题,并进行了航迹纠偏测试。最后,仿真结果表明,所设计的纵向着舰系统具有较强的鲁棒性和快速跟踪性,提高了舰载机着舰航迹精度,减少了下滑轨迹误差,满足了美国海军安全着舰指标要求。