“会学习”运载火箭的制导控制技术

"会学习"运载火箭具备"边飞边学"和"终身学习"的特征。对于"会学习"运载火箭制导控制技术具备的5个能力需求,即飞行状态在线辨识与感知、制导控制在线重构、经验知识自学习、"终身学习"和箭上强计算能力等进行了分析,研究了支撑"边飞边学"的在线辨识与控制重构、轨迹在线规划、目标在线变更等技术和支撑"越飞越聪明"的数据挖掘、自我学习、持续优化和决策评估等技术。最后,对"会学习"运载火箭的智能控制技术进行思考与展望。

冗余陀螺测量单元的实验室标定方法设计

提出了采用Kalman滤波对冗余陀螺的常值误差、标度因数误差和安装误差进行估计的实验室标定方法。采用小角度旋转向量法对安装误差进行建模,并设计了Kalman滤波器。在对滤波器的量测方程进行设计时,采用零空间扩增法来改善滤波器中各陀螺误差状态量的可观测性。通过仿真试验,表明该标定方法对所有误差状态量估计的平均相对误差均低于1%,从而证明了该方法的有效性。

运载火箭自适应减载控制技术

为减小新型中型运载火箭飞经大风区的气动过载,保证箭体结构安全,采用主动减载控制设计,分析了基于扩张状态观测器的自适应减载控制方法,基于过载传感器的减载控制方法,以及将两种技术结合的使用方法。仿真分析结果表明,针对新型中型运载火箭,3种自适应减载控制方法对减小气动过载均具有一定的效果。基于加速度表的过载控制在标称状态下具有较好的减载效果。

导弹/火箭制导、导航与控制技术发展与展望

本文对导弹/火箭制导、导航与控制(GNC)技术的发展进行了综述。总结归纳了不同阶段GNC关键技术的突破与跨越,重点对惯性导航、组合导航、摄动制导、闭路制导、迭代制导、频域设计、全数字设计、冗余控制、自适应控制等多项技术进行了总结和应用成果论述。对未来GNC技术的发展进行了思考与展望,并提出了七项关键技术。针对更聪明、更自主的弹/箭控制技术发展需求,提出并分析了"会学习"弹/箭的制导、导航与控制技术。

天地信息一体化的飞行控制系统综合集成技术研究

针对天地信息一体化作战模式对武器的发展需求,提出了天地信息一体化作战条件下的飞行控制模式和流程。结合天地信息一体化的技术手段研究了信息化飞行控制系统综合集成方案,通过天地静态联通试验,验证了综合集成方案的可行性。

未来航天控制系统中系统集成技术的发展

进入二十一世纪，我国航天科技面临着技术创新、强大国防的重大责任，对于航天控制技术等重点专业发展提出了更高更急迫的需求，以系统集成技术为核心的新技术浪潮，推动着航天控制技术与信息技术的融合。该文针对航天控制系统集成技术的发展，提出了基于SOC／SIP系统集成技术、软件硬件化技术和基于可编程器件（FPGA）的系统集成技术，以及未来基于演化硬件的航天控制系统设计的思路等我国航天控制领域中系统集成技术发展的重点和方向。

高超声速飞行器控制技术研究进展与展望

针对一类包含可变构型在内的高超声速飞行器的难点,分析了工程应用需求,综述了几类典型的非线性控制方法的研究进展。首先针对高超声速飞行器的几类常见研究模型,总结了模型来源及特点;其次,以实际工程需求为出发点,分析了此类飞行器的控制难点及对于控制系统能力提出的需求;再者,总结了高超声速飞行器几种典型非线性控制及智能控制研究的基本情况和进展,并给出了各类控制方案的框架;最后,面向未来任务形式多样化、环境复杂化的飞行器控制,讨论了可以进一步研究的问题和方向。

载人运载火箭惯性器件冗余管理中的精度控制技术

运载火箭控制系统通过惯性器件冗余信息进行故障检测以提高系统可靠性,还可对惯组冗余信息采用信息融合技术以提高火箭入轨精度。以中国现役载人运载火箭控制系统双七表捷联惯组冗余设计为例,研究惯性器件冗余管理中的精度控制技术,提出了基于惯性冗余信息故障诊断和信息融合的精度控制技术,并以其他火箭实际飞行故障案例进行仿真分析。仿真结果表明,提出的惯性器件冗余管理中的精度控制技术能有效判别故障信息,提高火箭入轨精度。

运载火箭智能控制的能力特征与关键技术

运载火箭智能控制是智慧火箭研制的核心技术之一。结合智能技术在航天控制上的应用研究与工程实践,对运载火箭智能控制的能力特征进行了分析;介绍了运载火箭的智能测试与发射、典型动力故障诊断与重构、环境与模型自适应控制,以及“软件”定义运载火箭等关键技术;对我国运载火箭智能控制系统的未来发展进行了思考。通过对航天智能控制技术持续不断地研究与实践,为我国智慧火箭的研制提供强有力的支撑。

高速飞行器集群通信拓扑自适应控制方法

针对基于传统通信机制的高速飞行器集群控制策略鲁棒性低、所需通信量大的问题,提出一种基于深度强化学习框架的可自主调节通信数量的集群控制方法。其中,使用深度神经网络构建控制策略与通信策略耦合的集群控制策略,其输出包含控制飞行器运动的过载指令以及与邻近飞行器的通信数量。通过与任务环境的不断交互,训练出的集群控制策略能根据环境信息自主调整通信拓扑结构,保证集群控制的鲁棒性和较低的通信量。仿真结果表明,相比于集中式,分层式和分布式通信机制,所提的自适应通信机制可在较低的集群通信量下安全快速地控制飞行器集群到达目标点并且较好地保持编队队形。

强化学习控制方法及在类火箭飞行器上的应用

针对类火箭飞行器进行了基于深度确定性策略梯度(DDPG)算法的姿态控制研究,完成了算法设计和智能体训练,并进行了仿真与飞行试验。基于飞行器六自由度模型搭建飞行模拟器,针对悬停模式,以多拍姿态角跟踪误差以及姿态角速度作为智能体可观测的状态,控制指令作为智能体动作,设计了含有跟踪误差、控制指令变化量以及一次性奖励的回报函数,在模拟器中训练智能体并完成了从仿真环境到真实系统的迁移。研究中未按传统设计流程对飞行器模型进行通道分解等简化,轻量化神经网络形式的智能体仅通过与模拟器交互的形式学习姿态控制策略,智能体在仿真和飞行试验中都展现出了良好性能。

对飞行器高速高精度控制中计算技术的探讨

针对飞行器向高速高精度控制的方向发展的需求,对支撑其发展的计算技术领域中的几个重要方面进行了探讨,主要包括算法的研究、飞行器控制系统处理器芯片的设计、编程语言的选择、软件的设计等。其中对飞行器软件中算法的优化、飞行器控制系统中最小结构专用芯片的设计等进行了说明。

一种面向运载火箭电气系统的模块化分级供配电体制

针对运载火箭电气系统供电电缆规模偏大、拓扑复杂、易引发跨级供电潜通路等问题,提出了一种电气系统模块化分级供配电方案。将运载火箭各级分别规划为一个独立的供配电单元,供配电单元内采用通用化设计,实现对内部负载的一体化供电;供配电单元间、电气系统箭地间、供电母线间电气隔离,以避免供配电单元间的电气耦合,彻底消除级间潜通路,降低设计难度,最终使得运载火箭电气系统供配电体制具备系统层级模块化特征和供配电单元即插即用能力,为未来电气系统供配电架构的标准化设计和运载火箭分级测试提供技术基础。

含扩张状态观测器的高超声速飞行器动态面姿态控制

针对高超声速飞行器复杂非线性、高不确定性和强通道耦合等特点,提出了一种飞行器姿态控制的非线性设计方法。根据高超声速飞行器无动力飞行的姿态运动方程组,给出一个可面向姿态控制的非线性设计模型。针对一类非线性系统,提出了一种基于扩张状态观测器(ESO)的动态逆设计方法,并通过动态面控制理论,将其应用于高超声速飞行器的三通道姿态控制中。仿真结果表明,相比基于传统动态逆的动态面控制方案,本文所提出的控制方案可以保证飞行器快速、精确地跟踪角位置指令,并且具备针对系统不确定性的强鲁棒性能。

LDPC编码辅助的判决反馈信道估计与均衡方法

信道频率选择性衰落较强的环境下,传统正交频分复用非盲信道估计与均衡方法的系统误码性能较差,且需要在信号中增加导频符号的插入,降低系统吞吐量。针对上述问题,提出一种低密度奇偶校验(Low-Density Parity-Check,LDPC)编码辅助的判决反馈信道估计与均衡方法。将LDPC编码增益引入判决反馈回路中,以提升收敛性,在插入极少导频符号的条件下达到渐进非盲信道估计与均衡方法的性能。另外提出一种基于条件最大似然原则的信道估计改进算法,以恒虚警原则检测有效抽头信号以提高信道估计精度,并且能够与判决反馈信道估计与均衡方法相结合,进一步提升算法性能。仿真结果表明,在仿真所选用的信道环境下,LDPC编码辅助的判决反馈信道估计与均衡方法相比传统判决反馈方法具有11~13 dB的误码性能提升,具有优秀的系统误码性能和鲁棒性。

含攻击角度约束的三维制导控制一体化鲁棒设计方法

针对具有攻击角度约束的STT飞行器对象,提出了一种三维制导控制一体化鲁棒设计方法.首先,基于某些可行性简化原则,推导出面向三维制导控制一体化设计的非线性数学模型.然后,针对一类多变量非线性系统,通过引入控制补偿项,提出了一种鲁棒动态逆设计方法.结合鲁棒动态逆和动态面控制方法,完成了制导控制一体化鲁棒算法的设计.仿真结果表明,所提出的三维制导控制一体化算法可保证飞行器的稳定飞行和精确制导,并且满足攻击角度的约束要求.此外,该方案具备针对参数不确定性和等效干扰的强鲁棒性能.

基于偏振光的导航技术研究

利用偏振光进行导航源于对生物的研究,人类在仿生研究基础上开展了基于偏振光的导航技术研究。介绍了偏振光的产生机理、仿生研究成果以及偏振导航传感器和导航技术研究成果,指出利用偏振光组合导航的方式可以大大提高系统性能,具有广阔的应用领域。

基于并行测试技术的地面测控系统自检方法

为了提高地面测控系统自检的测试效率,提出并实现了一种基于并行测试技术的系统信号回环自检测试方法。将地面测控系统的所有对外接口信号通过回环测试电缆接入到系统内部的故障诊断计算机上,在对所有接口信号进行分析、归类的基础上,利用故障诊断计算机现有硬件资源,有针对性地提出了信号自检测试方法,并设计了基于并行测试技术的系统自检测试软件。实际测试结果表明,基于并行测试技术的系统自检所需时长远小于采用串行测试方案所需时长,测试效率得到显著提升。

声光调Q CO_2激光器波长调谐理论分析与实验研究

采用旋转光栅法实现了声光调Q CO_2激光器可调谐脉冲激光输出。理论分析了CO_2激光波长调谐特性,发现调节各支谱线腔内损耗是实现激光波长调谐的有效方法。进而理论计算了特定设计波长闪耀光栅的衍射效率与激光波长间的关系,结果显示光栅调谐的激光谱线自准直角与光栅闪耀角一致时具有最高的衍射效率。采用闪耀角分别为31.97°(闪耀波长10.59μm)和28.71°(闪耀波长9.60μm)的光栅实验研究了声光调Q CO_2激光器波长调谐特性,分别获得了65条和75条激光谱线。实验结果显示:光栅设计闪耀波长处于弱激光增益分支时可获得更多条激光谱线,该实验与理论计算结果相符。在脉冲重复频率为1 k Hz时,获得10.59μm激光脉冲宽度为160 ns,平均功率4.2 W,脉冲峰值功率26.25 k W,且稳定性良好。

一种重力梯度/SINS/星光组合导航方法

为提高飞行器导航系统的精度和自主性,提出了一种重力梯度/捷联惯导(SINS)/星光组合导航方法。在该组合导航系统中,利用重力梯度信息修正SINS的位置误差,利用星光信息修正SINS的姿态误差,提高飞行器的导航精度和自主性。为了弥补传统容积卡尔曼滤波(CKF)算法滤波精度不高的缺点,采用随机加权容积卡尔曼滤波(RWCKF)算法,设计重力梯度/SINS/星光组合导航系统。仿真结果表明,SINS/星光组合导航系统、重力梯度/SINS组合导航系统、合成孔径雷达(SAR)/SINS/星光组合导航系统和提出的重力梯度/SINS/星光自主组合导航系统的定位误差分别为78.1003 m、54.3399 m、39.2776 m和19.8495 m,证明了提出的重力梯度/SINS/星光自主组合导航系统的精度不仅远高于两个子系统,也高于SAR/SINS/星光组合导航系统。