自主空中加油会合过程中飞行制导律设计

针对目前自主空中加油亟需解决的会合问题,采用带有末端角约束的比例导引方法,实现了受油机导引进入加油区域,加油机采用非线性制导算法跟踪赛马场跑道线飞行,并给出了有风条件下非线性制导算法可能失效的解决办法。引入虚拟目标和虚拟加油机的概念,保持受油机和加油机在会合上的时间同步,设计了相应的速度控制器。利用Matlab/Simulink搭建仿真平台对空中加油会合制导律进行了仿真验证,仿真结果表明设计的制导律能满足自主空中加油的会合要求。

雨课堂在“飞行器制导与控制技术”课程中的应用

“飞行器制导与控制技术”是航空宇航科学与技术专业的专业核心课程之一,课程知识覆盖面广、理论性强且抽象难懂,因而如何提升教学效果一直备受关注。分析“飞行器制导与控制技术”课程教学现状,探索了雨课堂在“飞行器制导与控制技术”课程中的应用,结合雨课堂贯穿课前—课上—课后的功能,同时通过科研成果、航天活动、航天装备等进课堂进行线上线下混合式教学,激发学生学习“飞行器制导与控制技术”课程的热情,培养学生解决实际工程问题的能力。

基于事件触发机制的多飞行器有限时间协同制导方法

针对多飞行器目标齐射问题,提出一种基于事件触发机制的有限时间一致性协同制导方法,通过事件触发机制减少控制指令生成与通信频次,进而降低了信道负载,提升了通信效率与可靠性。首先,设计了两阶段制导律,第一阶段使各飞行器的中间变量一致性误差收敛至一小区间,第二阶段利用三维比例导引律完成制导。其次,将多飞行器系统制导动力学模型整理为二阶多智能体动力学系统,并通过设计终端滑模面将其降阶为一阶多智能体动力学系统。最后,基于事件触发机制,分别设计了集中式与分布式一致性制导方法。理论分析与仿真结果验证了上述方法的有效性、有限时间收敛性与Zeno现象规避性。

重力场对飞行器制导的影响及海洋重力测线布设

重点围绕远程飞行器飞行轨道控制保障需求,开展了空中扰动引力计算和地面重力异常测量精度指标及海洋重力测量测线布设方案的分析与论证。首先通过解析和简化飞行器导航误差解表达式,定量估计了地球重力场对远程飞行器飞行轨迹的影响,并以一定量值的落点偏差为限定指标,研究论证了空中扰动引力的计算精度要求。在此基础上,通过对地面重力异常截断误差及数据传播误差的估计和分析,研究确定了地面/海面网格平均重力异常的观测分辨率和计算精度指标。以此为依据,提出了相对应的海洋重力测量测线布设方案,并通过数值计算验证了所提方案的合理性和有效性。

飞行器制导控制半实物系统采样步长的优化设计

为了提高飞行器制导控制系统半实物仿真的仿真精度,提出通过合理选择采样步长,优化仿真实时性来协调系统计算能力与仿真精度之间关系的思想。建立了制导控制半实物仿真系统的模型,依据采样控制原理推论出约束半实物仿真采样步长的主要条件。依据优化原则,建立了满足数值计算精度及稳定性的约束条件,推导出优化的采样步长。最后,对制导控制系统进行半实物仿真。系统软件采用C语言编写了飞行器的六自由度运动方程,硬件为三轴转台系统和Vxworks操作系统的嵌入式仿真机,并在转台内框加入陀螺实现稳定控制。结果表明,在优化设计的采样步长1 ms下,系统的实时性能够满足制导控制仿真精度及稳定性要求。在不增加系统软硬件负担的情况下,提升了半实物系统的置信度。

自动飞行模式转换逻辑的形式化建模与验证

自动飞行控制系统(Automatic flight control system,AFCS)是现代飞机中重要的安全关键系统之一,飞行引导控制系统(Flight guidance control system,FGCS)是其重要的组成部分。FGCS中的飞行模式有数十种,模式转换逻辑十分复杂,在各个模式间转换时易出现模式混淆等问题,难以对其安全性和正确性进行验证。而利用计算机科学中的形式化方法,通过对安全关键系统进行形式化建模和验证,可以提高系统的正确性和安全性。本文以典型FGCS中的自动飞行模式转换逻辑作为研究对象,采用自主研制的软件工具ART(Avionics requirement tool)对其进行形式化建模与验证,并与Matlab/Simulink中的Design Verifier工具进行了验证能力和效率的对比分析。实例研究结果表明,采用形式化方法对FGCS的自动飞行模式转换逻辑进行建模、验证可行,所研制的软件平台具有更完善的验证能力和更好的验证效率。

制导飞行含人工跟踪的飞行力学分析

以工程应用为背景，研究了含人工跟踪的制导飞行动力学问题。首先，给出了经过技术培训的操纵手的行为物理模型。接着详细分析了人工跟踪回路的稳定性和跟随性，同时提供了一种改善人工回路特性的方法。最后，对含人工跟踪回路的飞行器闭环回路的人工跟踪误差特性进行了综合分析和仿真计算。仿真结果证明该研究方案是可行的，研究结果已被国内有关部门在工程上采用。

基于Stateflow的多模态飞行仿真研究

为了验证非线性飞机模型下飞行制导系统和多模态飞行控制律设计的正确性,提出了基于Stateflow的多模态飞行仿真验证方法。首先建立了飞行仿真系统结构框架和飞机六自由度非线性数学模型,并进行控制律设计,通过预定航路点信息和飞机模型解算的飞行参数实时获得制导信息,采用Stateflow完成典型飞行模态之间的逻辑切换,实现了预定航迹多模态的飞行仿真。实验结果表明,系统结构易于扩充和移植,该方法可以有效地验证飞行制导系统和控制律设计的正确性。

一种无人攻击机航路飞行仿真方法设计

为了解决无人机任务仿真中,无人机飞行模型建立繁琐的问题,提出一种仿真无人攻击机沿规划航路点飞行的方法。该方法通过质点模型模拟算法,解算攻角和倾斜角,完成模拟飞机运动。构建仿真飞行的总体结构框架,分别设计飞行制导模块和飞行控制模块,并对飞行过程进行了仿真。仿真结果表明,该方法可以满足对无人机航迹跟踪建模的需要。

飞行器导引律综述

对飞行器追踪拦截导引律方法、特点及其发展进行了研究与总结,包括比例导引律、最优导引律、微分对策导引律以及基于现代控制理论设计的导引律,可为今后飞行器导引律的改进和设计提供参考。

多人追逃的协商微分对策最优躲避策略

针对夺旗运动中追逃博弈的最优躲避问题,提出了一种多人追逃的协商微分对策最优躲避策略。首先,建立夺旗追逃线性化模型,并对模型进行降阶。其次,考虑能量约束和交汇时刻博弈双方距离的代价函数,构造了哈密顿函数。最后,利用Hamilton-Jacobi-Isaacs(H-J-I)方程组,求解得到了协商微分对策最优躲避策略。对所设计最优躲避策略进行了“二追一”仿真和多层追捕仿真,结果表明夺旗一方的队员成功夺旗的同时能量消耗最小,验证了本文提出协商微分对策躲避策略的有效性和适用性。

基于模型的飞行管理系统安全性分析

提出一种基于模型的飞行管理系统安全性分析实施方法,首先对飞行管理系统进行了功能危害性分析,识别了各项功能的失效状态及其影响,确定了失效状态的分类和失效概率要求。然后采用形式化语言AltaRica对飞行管理系统模型进行了描述,借助商用软件对飞行管理系统进行了AltaRica建模和故障树分析。分析过程表明,基于模型的安全性分析,清晰直观,适合工程应用,是一种简单高效的安全性分析方法。

试验中被制导目标的定位及安控应用

从飞行器试验安全控制角度,讨论了在末制导系统捕获目标后,如何融合外测和遥测数据以获取目标的位置信息.要点是目标位置的计算方法及其应用于安控显示软件.给出一个实例:用实时测量数据解算出飞行器制导目标的位置,并在电子地图上显示.

直升机飞行管理系统特殊任务航路规划技术

为减轻直升机驾驶员的操纵负担,设计一套具有任务航路规划功能的直升机飞行管理系统。根据直升机飞行管理系统的要求,设计直升机飞行导引算法。在设计的直升机飞行管理系统平台上验证了直升机飞行管理系统任务航路规划技术的可行性。

防区外投放制导炸弹滑翔段垂直面最优制导

研究了制导炸弹质点非线性运动模型条件下垂直面能量最省最优滑翔问题。为避免采用两点边界值计算带来的复杂性,以协态变量稳态解为基础求得了最优滑翔攻角的近似解析解。最优攻角满足非线性方程,需要采用叠代方法求解。为方便工程应用,给出了简化的最优攻角直接计算方法,并与最大升阻比攻角滑翔控制进行了制导性能比较。仿真结果表明,本文的最优滑翔制导律能够明显改善滑翔末端性能,滑翔末端高度得到较大增加,而速度减少不大。

基于零控脱靶量的剩余飞行时间改进估算方法

剩余飞行时间是飞行器制导环节的一个重要参数，决定着控制增益和能量代价。运用最优控制理论得到了最优加速度矢量作用下末端脱靶量的表达式，建立了末端脱靶量与零控脱靶量之间的关系。在最近接近点（PCA）的拦截场景下，在假定定常逃逸速度的前提下得到了新的剩余飞行时间的闭式解，提出考虑相对位置和相对速度间夹角信息剩余时间的估算方法。仿真表明：当夹角较大时，应用PCA方法的剩余飞行时间估计误差较传统的一阶近似方法小；PCA方法针对变速度目标情况同样适用。

捷联惯性测量系统的误差补偿研究

首先简单介绍捷联惯性导航系统的原理及其组成 ,然后重点介绍了捷联惯性导航系统中的惯性测量系统。在分析了惯性测量系统一些误差源的基础上 ,介绍了一般惯性测量系统的误差数学模型。在考虑了温度的因素和实际情况的前提下 ,提出了一种简化的误差补偿数学模型。在仔细分析了标定误差系数的特点和验证了大量实际数据的基础上 ,提出了一种特有的定点DSP运算的定标方法来实现该模型。该算法充分考虑到系统应用中环境的变化及实时性的要求 ,准确、快速地将敏感元件敏感的角增量和速度增量送到下一级算法中进行运算。实践证明该算法精度可以与浮点数的算法精度相媲美 ,且运算的速度满足系统实时性的要求。

无人机终端定约束条件下的定航程轨迹规划方法

面向无人机四维航迹精确控制实践中出现的等速飞行约束下的定时定向到达飞行控制需求,本文针对由此带来的指定始/末端点及端点航向条件下的定航程轨迹规划问题,提出了一种启发式弹性改进Dubins路径搜索规划方法,基于Dubins最短路径曲线,设置适当的弹性拉伸点,通过对轨迹进行启发式弹性调整来搜索给定航程的最优解,实现了给定任意始/末端点位置、端点期望航向、航程以及无人机转弯性能曲线同时约束下的无人机在线航迹规划,仿真结果验证了该规划方法的可行性、有效性和计算效率。