混合-拟蒙特卡洛法在地球辐射外热流计算中的效率评估

空间外热流仿真计算是航天器热控设计以及地面试验验证的关键技术之一。传统蒙特卡洛法(MC)抽样的随机性问题导致其计算地球红外和反照辐射外热流的收敛速度慢。为解决这一问题,文中首先分析比较外热流积分各个随机变量维度对积分的贡献程度,发现前四维随机变量对积分贡献程度最高。之后在外热流积分的前四维度中,将拟蒙特卡洛法(QMC)代替传统MC,对所求目标面元光线发射点和方向进行采样,其他积分维度仍采用MC,该方法将MC和QMC混合到一起计算外热流。最后以某航天器为算例,通过大数据光线追踪实验得出外热流准确度和收敛速度。研究结果表明,混合-QMC计算地球红外和反照辐射外热流的准确度始终优于传统方法。进一步的分析表明,该方法在地球辐射外热流准确度上的收敛速率,优于传统方法所呈现的收敛速度值(即-0.5)。此外,在面元地球辐射外热流求解的光线追踪过程中,若面元所发光线不存在反射的情况,混合-QMC方法能够更准确快速地求解其外热流。将混合-QMC应用到地球辐射外热流计算中,可以在一定程度上提高计算效率。

一种高阶费歇耳信息矩阵分布式求逆方法

为获得多智能体系统任意耦合型无向网络导航克拉美-罗下界的显示表达式,简化高阶费歇耳信息矩阵求逆过程,提出了一种分布式求逆方法,即矩阵分块对角化求逆方法。首先,针对任意耦合型无向网络导航定位模型,构造了高阶费歇耳信息矩阵,并结合其对称特点及矩阵元素与网络拓扑间的对应关系,将其分解为两个分块对角矩阵的线性组合,它们分别包含所有节点和边的费歇耳信息量。其次,通过两次运用矩阵求逆引理,推导了费歇耳信息矩阵的逆即克拉美-罗下界以及网络节点等价费歇耳信息矩阵的显式表达式;同时引入了迭代过程,将整个求逆过程完全分解为若干个低阶矩阵间的运算,以减小单步运算量。最后,通过数值试验对该算法进行了验证,并与矩阵分块迭代求逆法进行了对比分析。结果表明,两者均具有较高的计算效率和精度,但本算法运算量更小,计算速度更快,从而验证了算法的准确性和有效性。该算法可用于分析任意耦合型无向网络导航定位模型中各节点或边费歇耳信息的融合过程。

基于控制杆的太阳帆姿态控制研究

针对由控制杆、反作用飞轮、有效载荷和太阳帆所组成的太阳帆航天器多体系统,从物理模型出发,利用拉格朗日方程建立了多体航天器的姿态动力学模型。对该类太阳帆航天器的系统能控性和稳定性进行分析,并通过数值仿真对太阳帆航天器三轴姿态控制的响应特性和行星际轨道转移过程中姿态控制效果进行研究。研究结果表明,在行星际飞行中利用顶部带有载荷的控制杆和反作用飞轮来对太阳帆航天器进行三轴姿态控制的方法是可行的。

基于自适应神经网络的非线性飞行控制

结合反馈线性化和神经网络提出了一种新的飞行控制系统设计方法，通过反馈线性化将非线性耦合系统等效转换为线性解耦系统，利用具有在线学习能力的神经网络补偿反馈线性化的误差，建立了基于自适应神经网络的控制结构，并利用李亚普诺夫函数导出了网络权值的自适应调整规则。在巡航弹地形跟踪应用中的结果表明，该控制系统不仅具有精确的跟踪性能而且具有良好的鲁棒性。

地形跟踪/地形回避飞行器航迹优化

提出了一种新的地形跟踪 /地形回避 ( TF/TA)飞行器航迹优化方法 ,该方法将地形、威胁和障碍综合在一起用特定的地形模型来描述 ,并通过将地形模型与飞行器运动方程有机结合 ,使有约束最优控制问题转化为无约束最优控制问题。最后利用极大值原理给出了航迹优化算法 。

软着陆小行星的自主导航与制导

讨论了软着陆小行星的自主导航与制导问题 ,首先给出了一种使用星上光学相机和激光雷达的自主导航方法 ,测量探测器相对着陆点的距离与速度 ;接着提出了一种自主软着陆的制导方案 ,为了保证垂直软着陆 ,事先规划了满足约束的理想下降高度与速度轨迹 ,并设计滑模变结构控制器跟踪理想轨迹 ,实现在小行星表面垂直软着陆。

考虑未知输入饱和的指向约束姿态机动控制

针对航天器姿态机动过程中需要满足指向约束和输入饱和约束的问题,提出了一种基于视线轴导航函数和退步控制的控制算法。该算法通过在单位球面上建立视线轴对应的导航函数,并将该导航函数融入到退步控制律的设计过程中;同时通过设计辅助系统,结合李雅普诺夫稳定理论,设计出既能满足视线轴指向约束,又能满足输入饱和约束,同时对常值干扰进行估计并抑制的控制算法。仿真结果显示,提出的算法能同时处理指向约束和未知输入饱和约束,且对常值干扰具有抑制能力。

多面体模型的Eros433引力场计算与分析

为更好的认识不规则小行星引力场的特点,本文采用多面体模型法对Eros433小行星的引力场进行计算,并由此分析了小行星引力场的分布特点.首先介绍了多面体模型的概念和小行星多面体模型的计算方法.然后,应用高斯公式和格林公式,通过两次积分变换将引力势函数的三重积分转化为一重积分,并将其应用到多面体模型中,推导了多面体模型的引力势函数、引力加速度和拉普拉斯算子的计算公式.最后,计算并分析了Eros433小行星引力场的分布特点,应用伪势能曲面和零速度曲线分析了小行星周围的轨道动力学环境和平衡点的位置情况,通过与JPL实验室公布的数据对比表明,本方法最大计算误差为1.52%,具有较高的精度.

绕飞慢自旋小天体的航天器运动分析

针对可以用三轴椭球体近似建模的小天体,给出了非球形引力势函数,建立了航天器绕飞小天体的轨道动力学方程。利用Jacobi积分常数绘制了探测器在小天体周围的零速度曲线,并分析了探测器的可能运动区域,给出了航天器不碰撞小天体的边界条件。针对绕飞慢自旋小天体的情况,基于平均轨道根数的近似解分析了小天体扁率和椭率的摄动影响,并给出了几条冻结轨道及其稳定条件。

航天器环绕小行星Ivar的运动分析

将小行星Ivar近似为三轴椭球体,给出了非球形引力势函数,建立了航天器环绕小行星Ivar的轨道动力学方程。利用Jacobi积分常数绘制了航天器在Ivar周围的零速度曲线,并分析了航天器的可能运动区域,给出了航天器不碰撞小行星Ivar的边界条件及不同偏心率下的近拱点半径。分析了小行星Ivar扁率和椭率对环绕轨道的影响,数学仿真结果表明:在一个轨道周期内,顺行轨道的开普勒能量、轨道角动量、偏心率和近拱点半径变化较大,而逆行轨道的相应参数变化较小。

附着小行星的视线制导规律

提出了一种航天器附着（软着陆）小行星的制导与控制规律.为了保证垂直软着陆,事先规划了满足约束的理想视线与视线角轨迹,通过设计滑模变结构控制器跟踪理想轨迹,实现了在小行星表面垂直软着陆;证明了制导与控制规律的鲁棒性;最后通过数学仿真验证了提出的制导与控制规律的可行性.

软着陆小行星的制导与控制规律研究

提出了一种微小探测器软着陆小行星的制导与控制策略 ,将软着陆小行星控制分解为速度方向控制和减速控制。为了控制速度方向 ,给出了一种带有终端控制项的比例导引规律 ,可以按闭环模式将探测器引向着陆点 ,并满足垂直下落的终端条件 ;为了实现无碰撞着陆 ,给出了一种减速控制规律 ,通过对理想速度曲线的跟踪 ,实现软着陆。仿真结果表明 。

绕飞弱引力小天体的轨道保持控制

建立了微小探测器绕飞弱引力小天体的轨道动力学方程 ,对绕飞轨道的稳定性进行了分析 ,给出了稳定绕飞轨道的条件 ,进而提出了一种摄动情况下保持绕飞轨道的控制策略 ,用以以便保证在主动控制下的绕飞轨道鲁棒稳定。仿真结果表明 ,提出的控制策略可以使探测器在有界的摄动情况下 ,由任意的初始状态出发 。

模糊预测控制在地形跟踪中的应用

将模糊控制和非线性预测线结合起来，提出了模糊测控制律，该控制律利用恰当的函数展开预测非线性连续系统的响应，通过系统响应误差及其变化率的模糊变量确定性能测量值，由控制决策给出控制量．在巡航弹地形跟踪应用中的结果表明，模糊预测控制律具有精确的跟踪性能．

低空地形跟踪飞行的广义预测控制

运用广义预测控制（ＧＰＣ）方法，设计了低空地形跟踪的飞行控制器；利用系统的动态模型预测系统未来的输出，提出了预测跟踪误差和未来控制线性组合的性能指标，通过使性能指标最小，产生最优控制输入。为了增强控制系统的稳定性，根据线性反馈原理对被控对象进行了增广。结果表明，该控制器具有精确的跟踪性能。

非线性预测控制在巡航弹地形跟踪上的应用

运用非线性连续预测控制方法,设计了巡航弹地形跟踪控制器,提出了预测跟踪误差和踉踪误差率线性组合的性能指标,通过使性能指标最小,产生最优非线性反馈控制律。结果表明,该控制器不仅具有精确的跟踪性能而且具有良好的鲁棒性。

非线性预测控制在巡航导弹地形跟踪中的应用

建立了巡航导弹的非线性动力学模型，针对该模型的非线性连续预测控制方法，提出了预测跟踪误差和跟踪误差率线性组合的性能指标，通过使性能指标最小，产生了巡航导弹地形跟踪的最优非线性反馈控制器。通过对虚拟地形的跟踪验证了控制器的性能，结果表明，该控制器不仅具有精确的跟踪性能而且具有良好的鲁棒性。

地形跟踪的模糊预测控制

将模糊控制和广义预测结合起来，提出了模糊预测控制律，该控制律利用系统的动态模型预测系统未来的输出，通过预测误差及其变化率的模糊变量确定性能测量值，由控制决策给出控制量，在巡航弹地形跟踪应用中的结果表明，模糊预测控制律具有精确的跟踪性能。

巡航弹TF/TA航迹优化的非线性规划法

提出了一种新的航迹优化算法,它通过对巡航弹动力学模型离散化,将TF/TA航迹优化直接转换为非线性规化问题,航迹约束转化为非线性规划的代数不等式约束,求解非线性规化问题产生全局最优的飞行航迹。并且提出了简单实用的性能指标,使最优航迹不仅能紧密跟踪地形,而且能自动回避危险和障碍。计算结果表明,该算法能产生平滑的TF/TA三维航迹,且能直接生成飞行航迹控制器的控制命令。

基于改进遗传算法的一类多资源测控调度问题研究

研究一类测控弧段具有优先级约束的多资源、大规模测控调度问题。首先对问题中的约束条件进行分析和处理,并建立问题的数学模型。进而针对问题特点,以遗传算法为基础,通过设计选择适当的交叉、和变异算子,设计了一种改进的遗传算法。最后通过算例计算表明,应用该方法求解此类测控资源调度问题具有较为理想的性能,是合理、有效的。