针对超低轨道升力式航天器对地观察的优势及其高机动特性,设计了一种近地点位于临近空间的太阳同步冻结回归轨道,并对气动力辅助与发动机推力相结合的轨道保持策略进行了研究。策略将轨道保持过程分为3个阶段:第1阶段自远地点飞向大气层,不施加控制;第2阶段在大气层内飞行,通过控制攻角和倾侧角调整航天器所受气动力,小幅改变轨道的升交点赤经;第3阶段自跃出大气层到远地点,利用轨控发动机调整轨道参数,回到远地点时除升交点赤经其他轨道参数不变。以燃料最省为性能指标,对轨道保持策略进行了仿真分析,结果表明可以实现14.7天太阳同步冻结回归轨道的在轨运行。
针对升力式飞行器升阻比较大、横向再入机动能力较强的特点,提出了一种综合考虑着陆场位置、返回时间和离轨燃耗约束的最短时间离轨点设计方法。首先,在飞行器运行轨道和着陆场位置给定的条件下,求解了着陆点与星下点轨迹的最小横向距离,并考虑位置及时间约束,根据再入可达域参数确定了再入航程角和再入时间范围。其次,考虑离轨燃耗约束,推导了再入角给定时离轨航程角和离轨时间的解析计算方法,采用牛顿迭代法求解二者取值范围。最后,依据离轨段及再入段航程角范围确定了离轨窗口,用非线性优化方法求解了返回时间最短的离轨点位置。数值仿真表明,所提方法能实现多约束下的飞行器最短返回时间离轨轨道计算,具有较好的适应性,可为航天器离轨方案设计提供参考。
针对高低温偏差下固体发动机推力、耗尽时间和秒耗量散布大的问题,提出了一种以速度模值增量为自变量的固体运载火箭序列凸优化制导算法。该算法以速度增量替代传统的飞行时间为自变量建立动力学模型,采用序列凸优化算法求解多约束耗尽关机制导问题,并基于速度模值增量在线辨识高低温工况,修正内弹道模型。该方法相比以飞行时间为自变量的序列凸优化算法具有更高的制导精度和鲁棒性。最后,通过某型固体运载火箭高空飞行段制导数值仿真,验证了以速度增量为变量的序列凸优化算法和内弹道修正模型的有效性。
针对多四旋翼无人机编队队形保持不变情况下的航迹优化问题,在飞行过程中以图论方法为基础将四旋翼无人机编队看作一个虚拟刚体,将编队中的跟随无人机看作领航四旋翼无人机的约束来处理,优化过程中仅考虑领航四旋翼无人机的最大转弯半径约束、队形变换时间约束及转换而来的约束,并将编队飞行所需能量最小作为优化目标,求解多四旋翼无人机编队定时到达目标的航迹优化问题,然后基于Gauss伪谱法对领航四旋翼无人机进行航迹优化,将其转化成一个非线性规划问题。仿真结果表明,利用本文提出的算法可以获得一条平滑飞行航迹,满足定时到达目的地约束、多无人机性能约束和环境约束要求;所获得的航迹能安全绕过障碍物,提高了无人机编队的生存能力,有一定的工程应用价值。
针对空间攻防背景下立方星拦截问题,提出了一种Lambert求解与C-W方程结合的以燃料-时间为约束的拦截轨道快速设计方法。该方法首先在Lambert求解框架下,以燃料和拦截时间为限,建立了立方星转移时间与速度增量的模型,生成了初始拦截轨道;随后根据末端拦截精度需求,通过C-W方程进行末段导引,施加二次脉冲,对拦截轨道末端进行误差修正,使得最终误差可以满足任务要求。最后通过GMAT构建的轨道力学环境,在Matlab算法驱动下进行联合仿真验证,分析表明该算法在燃料和时间的共同约束下可获得一条优化轨道,并能兼顾末端拦截精度,具有工程借鉴意义。
基于TDOA/FDOA对地面辐射源目标的定位原理,建立了多星TDOA/FDOA联合定位模型和定位精度分析模型。针对三星和四星系统不同星下点构型,仿真分析了星下点构型对目标定位精度的影响。三星星下点构型包括星下点直线型、等腰锐角三角形、等边三角形、等腰直角三角形、等腰钝角三角形等5种情况。四星星下点构型包括直线型、三角形、凹四边形和凸四边形等4种情况。分析结果表明,增加卫星数量能够提高探测区域内目标的定位因子和定位精度;星下点非直线型的三星及四星构型,定位精度优于直线型构型,各卫星之间的基线长度尽可能长。
针对卫星陀螺仪故障检测中存在的冗余依赖、微小故障覆盖问题,提出一种基于长短时神经网络(LSTM)的故障检测方法。首先对卫星陀螺仪建模,考虑到卫星姿态控制回路对陀螺仪微小故障覆盖影响,利用半物理仿真平台采集陀螺仪正常与故障数据;然后使用部分正常数据训练LSTM神经网络,使得网络具有预测陀螺仪输出的能力,并将另一部分正常数据输入到训练好的网络模型,得到预测误差,进一步设定故障阈值;最后,将测试数据输入提出的故障检测模型,仿真验证其时效性和准确性。结果表明,在采样频率为10Hz时,对于陀螺仪的卡死、噪声以及偏差故障,基于LSTM神经网络的故障检测模型能在故障发生2s内检测出故障,并达到了98.9%的准确率。
