再入飞行器深度确定性策略梯度制导方法研究

为解决传统再入飞行器轨迹制导方法对强扰动条件适应性不足,难以满足终端约束的问题,在深度确定性策略梯度学习框架基础上,通过对随机强扰动条件下的离线飞行轨迹进行网络训练,寻找不同环境影响条件下的最优动作网络,以用于在线干扰条件下的制导轨迹规划,可通过对再入飞行攻角和倾侧角剖面的周期性预测,满足再入飞行终端高度、航程和速度约束。仿真实验结果表明：在满足终端高度约束的条件下,最大终端剩余航程偏差小于500 m,最大终端速度偏差小于35 m/s。本文所提制导方法较传统跟踪制导方法有较大的精度提升,算法计算量小,具有较好的工程应用前景。     

一种新型高超音速导弹的控制模式研究

高超音速导弹的质量矩控制是通过移动导弹内部滑动质量块的位置,使整个导弹的质量中心产生偏移,并利用气动力相对于质心的力矩改变导弹的飞行姿态和攻角,最终实现导弹机动控制的一种控制方式。以弹头为例,在推导出质量矩弹头的动力学方程基础上,通过分析其方程组的特点并结合弹头再入过程中的气动、速度等参数变化规律,给出了质量矩弹头再入过程中宜采用的控制模式,为其控制律的设计提供了必要的理论参考。     

可重复使用运载器多约束鲁棒预测校正制导

针对可重复使用运载器(reusable launch vehicle, RLV)再入段常规约束、航路点约束、倾侧角速率约束和参数不确定问题, 提出一种多约束鲁棒预测校正制导方法。首先, 利用改进准平衡滑翔条件将常规约束转化为倾侧角幅值约束。其次, 提出基于二分法快速迭代确定倾侧角翻转位置的航路点制导律, 并将翻转速率约束转化为关于能量的约束, 引入预测校正的计算中。然后, 对于参数不确定鲁棒制导问题, 提出基于标称升阻比和能量剖面对迎角及横程误差走廊在线调整的策略。仿真实验表明, 在参数不确定情况下, RLV能够满足多约束条件和终端制导精度要求, 验证了方法的有效性和鲁棒性。     

多站测量系统的研制

夸贾林导弹靶场多站测量系统的两个基本设计要求是,获取再入飞行器的双站特征信号数据,并以非常高的精度测量其弹道。在靶场条件下取得再入飞行器的双站特征信号数据及尾流数据,目的在于验证静态的场地测量数据和检验各种分析模型。同时也想取得在不同的双站角及视角条件下的L波段和UHF波段的雷达散射截面及尾流特性。     

基于平衡流场的再入飞行器电磁散射特性分析

针对高速再入飞行器穿过大气层时产生冗长等离子尾流的特点,综合利用真实气体效应情况下等离子体流场计算方法和移位算子时域有限差分电磁散射建模方法。首先由再入飞行器相关参数得到其周围非均匀等离子体流场的分布情况,然后据此建立含等离子体尾流目标的电磁散射模型。以锥球形目标为例,计算和分析了以零攻角再入时的低频电磁散射特性。结果表明,当飞行器再入速度较高时,等离子体尾流在低频段将显著增强其后向散射,有利于低频雷达探测再入目标。     

再入轨迹跟踪控制的非线性方法研究

针对高度变化大,速度变化快的可重复使用飞行器的再入轨迹跟踪问题,选用名为状态相关Riccati方程的一种新型非线性控制方法进行再入轨迹跟踪控制器设计.同时在几乎所有涉及Riccati方程的控制器设计问题中,合适的加权矩阵的选择通常是比较棘手的.针对这个问题,提出了一种有效的权阵选择方法,避免了试凑等传统方法带来的误差和工作量.随后给出了最优再入轨迹跟踪控制器的详细设计过程,并在一定的气动摄动条件下进行飞行仿真.仿真结果表明了这种方案的可行性,实用性和鲁棒性.     

小样本离散型多总体和统计量检验法

给出了小样本、离散型、多总体和统计量检验法与数值计算方法。这种方法对仿真结果真实性评估检验问题具有一定意义。其思想和算法可推广应用到其它各种不确定性推理决策问题中去。     

偏移链路诱偏反辐射导弹效能分析

基于偏移寻的点对抗反辐射导弹(ARM)的基本思想,提出偏移链路诱偏ARM的方法,给出ARM的分辨距离及导向雷达的概率计算模型及方法,以三单元偏移链路为例,绘制概率树,建立偏移链路诱偏ARM的作战效能评估模型,计算分析辐射源的工作时间、间距、ARM速度和分辨角等因素对诱偏效果的影响,给出了关系曲线,验证了偏移链路对抗ARM的合理性和有效性.与采用同时辐射的附加辐射源相比,偏移链路对导引头输入端信号等幅度要求不严,对辐射源的功率、相位要求不高,实施方案更容易,不用考虑各辐射源的相互影响,对辐射源的控制较容易实现.     

基于二体理论的远程拦截中制导修正

针对临近空间高超声速目标拦截弹交接班区域较高时的作战情景,参考轨道拦截理论,以高抛再入型拦截弹道为基准,将拦截弹运动视作二体运动,设计了远程拦截制导算法。首先,将复杂的运动模型进行简化,再根据受力分析将模型转换为二体轨道模型。然后,利用航迹角迭代法求解了Lambert问题,得到变轨需用速度,在轨道模型中提出通过调整速度至变轨需用速度完成拦截任务。最后,分析了拦截弹机动时推力有限带来的过渡段机动问题,提出采用速度增益制导法解决此问题。仿真结果表明,在高空域气动力微弱条件下,将拦截弹运动模型视作二体轨道模型是可行的,速度增益制导算法不仅能有效解决过渡段机动问题,而且针对预测拦截点变化的情况也具有良好的收敛性,能够完成临近空间的中制导拦截任务。     

高可靠性再入轨迹快速规划方法

提出一种高可靠性再入参考轨迹快速规划方法。在参考轨迹生成过程中,如果飞行路径角变化率不足够小,拟平衡滑翔条件(quasi equilibrium glide condition, QEGC)的应用前提得不到保证,利用QEGC所得的倾斜角剖面不保守,从而导致生成的参考轨迹有穿越再入走廊的风险。为得到高可靠性再入轨迹,在倾斜角搜索过程中,除了使再入参考轨迹满足路径约束与终端约束外,同时将QEGC的应用前提“飞行路径角及其变化率为小量”作为倾斜角搜索的一项约束。计算结果表明所提方法能够保证再入轨迹的可靠性,同时基于QEGC规划方法的适应性得到保留。     

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。     

采用ESO补偿的再入飞行器姿态预测控制方法

针对飞行器再入姿态运动设计了一种基于扩张状态观测器(extended states observer,ESO)的预测控制方法。为了降低系统的阶数,将姿态系统分成姿态角子系统和姿态角速率子系统,分别设计控制器。采用动态逆方法将运动方程线性化,并基于此推导了解析的最优预测控制律。为了提高控制器的精度和鲁棒性,采用ESO对模型误差和不确定扰动进行估计,并在预测控制律中进行补偿。最后证明了算法的稳定性。通过六自由度仿真分析,验证了控制方法的良好性能。     

近距离绳系卫星动力学与释放方法研究

针对绳系子星近距离快速释放问题,研究了短系绳释放过程的动力学特性,分析了适当的释放方式.考虑子星姿态,建立了绳系卫星系统运动学与动力学模型,探索了适合于近距离系绳释放的方式.提出以一定初始速度释放子星,并通过减速释放保证系绳张紧的释放方法.通过数学仿真,分析了释放过程中系绳与子星姿态的运动特性.表明这种方法能够实现绳系子星任意方向的释放,满足快速释放的要求.减速释放过程中系绳轨道面内角度以轨道角速度发生偏移,子星姿态小幅振动,系绳保持张紧.这些动力学特性为以后近距离绳系卫星的释放与的控制提供了重要依据.     

临近空间飞行器再入制导可视化仿真

在临近空间飞行器再入制导系统研制过程中,需要通过可视化仿真对飞行器再入制导系统进行验证、分析及演示。给出再入飞行的假设条件,建立飞行器再入质心动力学及运动学模型。在此基础上,给出一种基于Matlab与卫星仿真工具包(Satellite Tool Kit-STK)交互的再入制导可视化仿真方案,给出再入飞行数据的输入格式定义。针对给定的临近空间飞行器及假定的再入任务,对再入制导进行可视化仿真,得到相应的可视化仿真结果,对结果进行说明。     

基于自适应Terminal滑模的空天飞行器再入控制

提出一种基于RBF神经网络的Terminal滑模控制方案,消除通常滑模控制的到达过程,保证跟踪误差在有限时间内趋于零。不需要对建模误差、模型摄动和外界干扰进行各种假设,通过在线调整RBF神经网络的权值来消除它们的影响。最后在高超声速条件下,对空天飞行器再入大气层姿态控制进行仿真,结果表明该方法的有效性。     

靶区大气环境对再入体落点精度影响仿真研究

利用美国Cape Canaveral靶场近十年气象观测统计资料,建立靶区大气环境逐月蒙特卡洛样本集,在其基础上,利用Matlab/Simulink/RTW仿真工具,针对欧洲EXPERT/REV再入体,建立非线性六自由度飞行仿真模型,并对其落点参数进行了逐月蒙特卡洛仿真研究.统计结果表明,对于弹道式再入体,Cape Canaveral靶区大气静态参数变化和风场扰动所导致的落点散布随季节有较大变化,其中风场扰动的影响起主要作用.     

可重复使用运载器再入弹道仿真

针对RLV再入特点,应用反馈线性化与模型预测控制相结合,设计了基于控制角与控制力矩间全反馈(非时标分离)条件下的反馈线性化控制器,实现了以控制增量做为优化变量、考虑模型状态和输入约束的模型预测控制器设计,解决了RLV再入模型的多变量耦合、参数不确定等非线性控制问题的平滑控制.最后在Simulink环境下建立了RLV再入仿真模型,应用RtFly快速原型系统完成了再入模型六自由度弹道实时仿真,仿真结果验证了该控制器能够较好跟踪制导参数,满足控制器设计指标和系统实时性要求.     

基于修正球坐标系的导引头滤波器设计与仿真

通过对修正球坐标系下导弹-目标视线运动方程的推导和分析,采用目标当前统计模型,设计了一种导引头三通道跟踪滤波器,能仅根据视线角测量序列计算比例导引所需的视线角速率信息。仿真结果表明,该滤波算法能提供精确的视线角速率、距离、速度和视线角信息。该设计方法对一类仅能测角的导引头实现比例导引具有借鉴意义     

单滑块变质心再入飞行器分岔特性

基于非线性动力学模型,给出了单滑块变质心再入飞行器的平衡点及其稳定性随滑块偏移距离的变化规律,得到了系统分岔图,并在此基础上求解了典型条件下各吸引子的吸引域。结果表明滑块偏移距离对再入飞行器的平衡点数量及稳定性具有明显的影响,同时初始飞行条件对飞行器的最终收敛状态也具有重要的影响,不合适的初始条件有可能导致飞行器被锁定在不期望的平衡点或极限环中,从而引起失速或失控等问题。此外,通过分析不同系统参数下的分岔图变化规律,总结了再入飞行器结构及气动参数对系统分岔特性的影响,进而为系统参数的设计提供了参考。     

弹道导弹再入散布

本文叙述了再入体弹着点散布的两个重要因素:截锥体边界层的转捩和凹陷鼻尖上的气流分离。文中对这两种现象产生的横向力增量和这些力对散布的影响进行了分析计算,并给出了减小由此造成散布的再入体的设计方法。