针对RLV(可重复利用运载火箭)发动机推力下降后助推段与返回段的协调弹道优化问题,提出了弹道评估与决策方案及新型优化制导律。首先基于弹道数值积分与入轨机械能设计了针对RLV助推段推力下降故障的运载与返回能力评估与决策方案,得到效益最优的弹道决策区间。进而设计利用PSO(粒子群优化算法)优化ZEM/ZEV(零控脱靶量)制导律的弹道优化方案。在助推段发动机推力下降后优化关机与落地时间使入轨与返回能力综合最优;在助推级分离后优化二次点火高度与制导律参数使其满足最大热流约束;在降落段推力进一步下降后,精细优化落地时间与制导参数以实现精确软着陆。仿真结果表明,本文提出的方案提高了RLV在发动机推力下降情况下的入轨与着陆能力,且算法计算量小,结构简单。
针对高速飞行器巡航段的速度和高度指令跟踪控制问题,提出了一种基于线性扩张状态观测器的预测滑模控制方法。首先,对飞行器模型进行反馈线性化,在此基础上设计了速度通道和高度通道的跟踪滑模面,利用Taylor展开对跟踪滑模面进行预测;其次,利用优化性能指标推导出预测滑模控制律,使用Lyapunov稳定性理论证明其稳定性,所设计控制律可避免使用不连续切换函数,有效抑制抖振;然后,利用飞行器速度、高度和俯仰角的测量值,设计基于反正切跟踪微分器在线估计飞行器的航迹倾角和攻角;最后,针对带有飞行器状态估计误差以及飞行器参数偏差的动力学系统,将这些内外干扰视为系统“总扰动”,通过线性扩张状态观测器对其进行观测并加以补偿,通过对比仿真验证了所提方法的有效性。
针对缺乏故障样本的卫星姿态控制系统(ACS)故障诊断问题,研究一种基于迁移成分分析(Transfer Component Analysis,TCA)的卫星姿态控制系统故障定位方法。以设计阶段的卫星模型作为标称模型,以在轨卫星作为实际模型;利用标称模型和实际模型的健康数据拟合ACS系统模型,生成残差信号,提取故障特征。以标称模型残差特征、实际卫星残差特征分别作为源域、目标域数据,利用TCA方法进行特征变换,以减小源域和目标域的残差特征分布差异,从而解决在轨卫星的故障诊断问题。基于三轴气浮台的半物理仿真试验表明,在无故障样本情况下,本文所设计的引入TCA的卫星ACS系统故障定位方法明显提高了故障部件定位的准确性。
在北斗三号卫星星间链路无法获取姿控系统闭环姿态角的情况下,为使其能继续计算指向保持建链,本文提出采用预报姿态进行建链计算的方案,并提出了一种全时段(包括地影期偏航正负阶跃时)的姿态预报算法。根据在轨真实姿态数据评估了长时预报姿态的精度和将其用于建链计算的指向精度。研究表明,本文提出的预报姿态方法在一年中99.998%的时间误差小于0.1°,一年内所有时间的误差在1.7°以内,将预报姿态应用于星间链路指向计算完全可行。本研究可为北斗导航系统精度与可靠性提升提供依据。
针对传统数值预测校正制导指令实时性难以保证的问题,考虑当前及终端状态约束,利用卡尔曼滤波估计速度中点对应的无量纲高度,获得满足再入约束的速度-高度飞行剖面,进而获得对应的倾侧角指令。该算法中,每次制导指令产生仅需要两次单变量积分运算,有效降低了计算资源消耗。在再入段飞行末端,针对速度-高度拟合系数求解奇异问题,在当前速度与末端速度之差小于一定的阈值时,跟踪最后一次规划产生的标准飞行剖面生成倾侧角指令,提高算法收敛性。仿真表明,该算法计算量小,制导精度高,具有较强的鲁棒性和工程应用潜力。
针对中国地球静止轨道(GEO)导航卫星定点精度要求高、在轨位置保持操作频繁等特点,设计了一种基于惯性测量单元(IMU)的自主导航方法。该方法能够在卫星位置保持操作期间,有效地给出导航卫星的精确轨道信息。该自主导航方法采用IMU测量卫星的姿态信息和加速度信息,并基于轨道动力学方程设计了导航卫星位置保持期间的自主导航算法,仿真表明该方法可以大幅提高GEO导航卫星位置保持期间的自主导航精度,从而保障GEO导航卫星导航业务的连续性。该方法结构简单,性能可靠,具有良好的工程价值。
根据辐射传递原理构建了用于计算地表对空间目标辐射照度的模型,该模型以辐射传输软件计算的地表等效辐射亮度作为输入,通过对比不同地表分辨率下空间目标接收到的地球辐射照度差异,确定了在模拟仿真过程中最适合用于仿真的地表分辨率。然后,利用辐射传输软件统计分析了不同大气模式、季节、地表温度和地表类型的环境下,地表辐射亮度及其差距。利用该数据并结合模型进行了辐照度仿真计算。结果表明,当空间目标处在地表环境差异较大的地区,地表分辨率对目标接收到的辐射照度计算结果有影响,根据目标与地表的距离选择相应的地表分辨率进行仿真计算能够在保证精度的前提下减少模型计算量。
