高动态临近空间飞行器海上组网测控方案设计

为解决高动态临近空间飞行器海上测控对测量船数量需求较多、现有船队规模无法满足的难题,在分析测控需求特点的基础上,提出了一种基于测量船与临近空间飞艇组网测控的新模式。结合近中程、远程飞行试验分别进行了测控总体方案设计,并讨论了海上组网测控需要研究的关键技术。相关研究对我国后续开展高动态临近空间飞行器海上测控系统建设具有一定的参考价值。

高动态临近空间飞行器的姿态自适应解耦控制

研究飞行器空间动态特性优化控制问题,高动态临近空间飞行器的姿态运动模型是一个多变量非线性时变不确定系统,由于小扰动线性化理论和系数冻结基本假设的传统三通道独立综合(设计)方法已很难适用。针对多变量非线性时变不确定系统对象的非线性设计方法来解决控制问题。提出了一种神经网络自适应反馈线性化方法,用FCMAC神经网络估计实际模型和标称模型间精确线化反馈阵的误差,修正实际系统的反馈线性化模型,有效克服了反馈线性化需要被控对象精确建模的局限性,实现了高马赫、大空域、快角度机动条件下的姿态解耦控制,并进行仿真。仿真结果表明:解耦控制系统在气动拉偏30%下超调小于7%,通道间交叉耦合小于1°,能够满足对象的控制要求。

一种临近空间高动态飞行器等离子鞘套自动判别方法

临近空间高动态飞行器在高速飞行过程中与大气强烈作用,形成十分复杂的高温等离子鞘套,改变了目标的散射回波特性,给目标探测带来不确定性,需要及时判别当前目标是否处于等离子鞘套状态。本文提出一种基于波形熵判别和变带宽确认的等离子鞘套自动判别方法,首先提取目标回波波形熵、包络长度等特征信息,利用模糊分类器进行基于波形熵的群目标判别,其次根据鞘套与目标和目标之间的距离与信号带宽的关系差异,通过检测不同带宽回波的包络长度变化,对鞘套和目标进行判别。仿真结果验证了本文所提方法的有效性。

基于检测前聚焦的临近空间高动态飞行器雷达探测研究

最近涌现的临近空间高动态飞行器存在超高速、高机动、超远程、低RCS、等离子鞘套、电离层污染、宇宙射线干扰等显著区别于常规目标的特性。基于空天地不同平台雷达临近空间高动态飞行器通用信号建模,该文提出了分布式组网、多维度、变模型、多目标、微运动、非参数化等应用的检测前聚焦雷达信号处理新方法,通过多维参数空间相参积累和能量聚焦,克服尺度伸缩、任意运动、孔径渡越、稀疏子带、跨距离、跨多普勒和跨波束等效应,有效抑制电离层污染和有源干扰,显著提高临近空间高动态飞行器的目标检测、参数测量、聚焦成像、机动跟踪、特征提取和属性识别等环节性能。该文方法适用于临近空间高动态目标也适用于探测常规雷达目标,适用于新体制雷达也适用于常规体制雷达,具备重要的学术理论价值和广阔的应用前景。

拦截高超声速滑翔飞行器:制导进展与展望

聚焦于临近空间拦截制导关键技术,围绕中制导、中末制导交班及末制导等关键问题对临近空间拦截制导技术前景进行展望。首先对临近空间高超声速滑翔飞行器飞行特性进行仿真与分析,并给出防御系统在滑翔段拦截的优势所在;其次,围绕临近空间拦截系统面对高超声速滑翔飞行器时存在的瓶颈进行探讨,并对中制导离线弹道生成与在线弹道生成、中末制导交班及末制导等关键技术相关研究进展进行梳理与总结;最后,结合当前研究进展、面临的挑战及未来临近空间拦截需求,研究分析临近空间拦截制导技术的发展趋势,为后续防御系统的发展提供参考。

低轨宽带卫星互联网支持高动态空间飞行器应用研究

针对高动态空间飞行器大航程、高动态等飞行运动特征和高速通信应用需求,提出基于低轨宽带卫星互联网支持高动态空间飞行器应用的设计方案,包括系统体系架构、卫星载荷波束、高动态接入、空间链路预算、平台终端架构等,重点分析和验证动态适应性、卫星切换和连续通信服务等关键问题,为进一步的终端研制和飞行试验打下基础,对基于低轨宽带卫星互联网的高动态空间飞行器管控和通信应用的工程实现具有重要参考意义。

临近空间高动态飞行器通信设计与仿真

针对临近空间高动态飞行器容易受到空间干扰影响,导致通信质量下降甚至中断的问题,详细分析了临近空间高动态传输信道所受的三种主要干扰:雨衰、多径、黑障,并进行综合建模,重点研究了黑障的衰减特性和建模方法。同时,针对该信道特征提出了一种临近空间高动态飞行器上下行通信系统模型,仿真结果表明,该通信系统模型满足临近空间高动态飞行器通信传输要求,验证了模型方案的有效性,为未来临近空间高动态飞行器通信技术提供了一个全新的理论参考。

近空间高动态飞行器测控系统发展趋势分析

近空间(又称临近空间)高动态飞行器是跨大气层飞行的高超声速武器/运载器,具有重要的军事应用价值。测控与信息传输系统(简称测控系统)是其信息保障的核心,如何适应近空间高动态平台的应用是飞行器测控技术发展的重要课题。在介绍近空间及近空间飞行器概念的基础上,分析了高动态近空间平台的特点及应用前景,据此提出对测控与信息传输系统的要求。构建了系统总体框架,提炼出关键技术并给出初步解决方案。

临近空间低动态涡扇动力飞行器应用发展研究

针对近年来军事领域对临近空间飞行器加大投入的情况,着重分析了以涡扇发动机为动力的低动态飞行器的能力特点。通过对国外低动态涡扇动力飞行器发展现状的研究分析,对该类型飞行器的军事应用前景进行了分析展望,并对我国应如何发展该类型飞行器提出了建议。

高超声速滑翔飞行器动态逆解耦跟踪控制方法研究

针对临近空间高超声速滑翔飞行器再入段俯仰偏航以及滚动三通道运动存在非线性耦合严重的情况,建立了高超声速滑翔飞行器的多变量强耦合非线性时变倾斜转弯控制模型,提出了一种将过载控制转化为所需迎角侧滑角及滚转角误差的三通道联合跟踪控制方法,根据高超声速滑翔飞行器制导回路快速性的动态性能要求,设计了一种基于非线性动态逆及状态反馈的解耦综合控制器,闭环仿真结果表明该方法能够实现三通道运动解耦控制和制导指令跟踪,满足系统动态性能的要求。

Ma4～6级别临近空间飞行器材料体系研究

介绍了Ma 4～6级别临近空间飞行器飞机表面瞬态温度的计算方法及表面温度分布;阐述了热防护系统的分类及其特点;重点讨论了高马赫数临近空间飞行器对材料的使用要求,以及满足Ma 4～6级别临近空间飞行器热防护要求的材料体系方案;提出高马赫数临近空间飞行器的热防护材料发展建议。

基于移动预测的高动态飞行器路由算法

临近空间自组网中一类特殊的飞行器——高动态飞行器,由于具有很高的移动速度,造成网络拓扑变化频繁,传统自组网路由算法难以满足要求.在研究临近空间自组网节点运行特点的基础上,提出了一种基于移动预测的高动态飞行器路由算法,采用按需路由策略,在高动态飞行器的飞行轨迹上设置"路标",通过"路标"指示的路由进行数据传输.利用网络仿真软件NS2进行仿真实验,结果表明,该路由算法具有良好的网络性能,适合应用于高动态飞行器.

临近空间高机动目标二次滤波轨迹跟踪及预测

为解决单一观测器对临近空间飞行器长距离跟踪精度低的问题,采用了多观测器协同跟踪方法;为实现对临近空间高机动目标运动状态信息的准确拟合,提出交互多模型二次滤波方法;基于目标的跟踪信息,结合差分整合滑动平均自回归(Autoregressive Integrated Moving Average,ARIMA)模型实现对目标轨迹的预测。仿真结果表明二次滤波轨迹跟踪及预测方法与传统跟踪预测方法相比,有效提升了对目标运动信息等跟踪预测精度,角速度跟踪误差从30%降低到5%以内,速度跟踪误差从20%降低到2%以内,并在无需大量先验信息的前提下实现对目标未来100s内的轨迹进行有效预测,误差不大于0.5km。

临近空间高动态高速载波捕获跟踪的实现方法

为了接收临近空间高动态高信息速率用户信号,需要设计载波链路的捕获与跟踪系统。根据临近空间网络高动态高信息速率的链路特性,着重分析了HDHI(HDHI,high dynamic and high information-rate)载波链路捕获跟踪的特性及实现方案。对载波链路捕获跟踪的设计原理做了清晰的说明和推导,提出了适合HDHI载波链路捕获跟踪设计方法,并对高动态高信息环境中接收机的载波捕获与跟踪数字系统的设计做了详细的陈述。最后通过实验和对比论证了利用DQPSK方式的HDHI信号捕获跟踪设计方法是可行的。

临近空间飞行器的滑模变结构解耦控制

建立了临近空间滑翔飞行器六自由度运动模型,针对模型具有的快时变、强耦合、强非线性和不确定性特点,应用动态逆方法和滑模变结构控制方法分别设计了内环解耦控制器和外环鲁棒控制器,实现了解耦性与鲁棒性的有机结合,显著提高了控制系统性能。内环采用反馈线性化方法实现了姿态运动模型的伪线性化;外环滑模变结构控制器采用等速趋近律,采用饱和函数法抑制抖振现象,有效抑制外界干扰和参数偏差。仿真结果表明:基于动态逆的滑模变结构控制系统可以准确跟踪攻角、侧滑角和倾侧角指令,对外界干扰和参数偏差具有较强的鲁棒性。

对临近空间飞行器的多弹协同拦截策略研究

为实现对临近空间高超声速飞行器的有效拦截,文中提出了多对多饱和拦截策略。首先采用实时在线的遗传算法寻优,对拦截武器系统进行动态任务分配。其次,基于滑模变结构控制理论,设计了4-D(三维几何空间与时间)协同制导律,控制拦截的弹着时间基本相同,在拦截末段,采用纯比例制导律,控制拦截弹对目标实施高精确协同打击。仿真结果表明,该拦截策略可以对临近空间高超声速飞行器目标进行高可靠度拦截和高精确度打击。

基于临近空间载人飞行器的舱门设计

基于舱门人机工效学和可重复使用性的需要,设计了一种应用于在临近空间进行载人往返旅行的商业飞行器的舱门。该载人飞行器舱门由复合材料门框和门体组成的主承力结构、平移外开式开合机构、八点压紧锁闭机构、新型三齿空心管异形密封带构成的密封结构以及电子辅助系统等五个模块组成,适用于距离地面20 km^40 km空域的低动态飞行器。目前已完成地面实验和测试,结果表明各项性能均满足使用要求。该舱门对相关类型的空天载人飞行器舱门系统研究和开发具有很好的参考价值。

LFM雷达对临近空间高超声速目标的跟踪研究

针对临近空间高超声速目标跟踪的问题,提出了一种ECEF坐标系下基于径向速度补偿和相邻时刻目标量测对消处理的高超声速目标跟踪算法.首先,充分分析了目标高超声速运动对雷达探测跟踪的影响,并在此基础上合理构建了目标高超声速运动下的量测模型,以避免模型失配所引起的滤波发散问题;其次,利用解模糊处理后的径向速度估计对目标高超声速运动引起的高动态偏差做近似补偿,以将问题转换为低系统偏差下的状态估计问题,最后,通过基于相邻时刻目标量测对消处理的单雷达量测方程构建,可有效回避低系统偏差存在下的航迹关联问题,进而实现临近空间高超声速目标的可靠跟踪.仿真结果表明,与现有的临近空间目标跟踪算法相比,该算法具有较高的定位跟踪精度.

临近空间高超声速跳跃式滑翔目标跟踪模型

针对临近空间高超声速跳跃式滑翔目标跟踪问题,在分析目标运动特性的基础上提出了一种二阶时间相关的新型机动跟踪模型,该模型的核心是将加速度作为具有衰减振荡自相关的零均值随机过程,并据此构建了跟踪临近空间高超声速跳跃式滑翔目标的状态方程;为进一步分析模型的运动适应性,结合卡尔曼滤波算法推导了模型的系统动态误差稳态值,从模型参数取值的角度探讨了模型的适应性问题;为提高模型参数设计的合理性,分析了模型中两个参数的对应关系,并给出了参数设计的大致参考区间.理论分析表明,模型具备周期性与衰减性的统一,在短时间内主要表现为周期性,在长时间内主要表现为指数衰减性,这一特性提高了对临近空间高超声速跳跃式滑翔运动描述的合理性,此外,该模型跟踪临近空间高超声速跳跃式滑翔目标时的参数理论取值具有较低的系统动态误差稳态值.仿真实验表明与已有的临近空间高超声速目标单噪声机动模型相比,该模型具有较高的跟踪精度;并通过比较不同参数下的仿真结果一定程度说明了参数取值方法的合理性.

基于高动态运动模型的多普勒频移仿真

为更好地实现高动态链路中的载波捕获跟踪,以高动态载体在临近空间中的各种简单运动模型为依据,对载体相对于临近空间接收平台的多普勒频移变化趋势进行描述和仿真,在此基础上分析多普勒频移对载波同步产生的影响。理论分析和仿真结果表明,基于高动态载体运动模型的多普勒频移变化曲线能够正确描述高动态运动方式下的多普勒频移变化趋势。