摘要：针对当前飞行器设计领域对总体设计过程中不确定性因素的精细化管理需求,对不确定性多学科设计优化(Uncertainty-based Multidisciplinary Design Optimization,UMDO)的研究现状和应用模式进行了综述和展望。首先综述UMDO的国内外发展现状,讨论开展UMDO研究和应用的必要性和紧迫性;从不确定性源建模、不确定性灵敏度分析、多学科不确定性分析、鲁棒性多学科优化设计4个方面梳理UMDO技术的发展体系,分析UMDO工程应用的研究现状,围绕飞行器总体设计过程提出适应各阶段设计需求的现代飞行器UMDO应用模式;最后,针对飞行器总体精细化设计能力的提升需求,分析了目前UMDO在工程应用过程中存在的问题,并探讨了UMDO的未来发展设想。

摘要：针对车载激光路面断面仪性能受检测车垂直振动及姿态变化影响的问题,设计并实现了一种车载激光断面仪运动补偿用IMU/GPS/OD组合测量系统,采用低成本IMU结合捷联解算算法计算检测车的三维位置、速度和姿态,通过GPS和里程仪结合最优滤波技术抑制低成本IMU在捷联解算过程中形成的累积误差,并提出了一种基于IMU/GPS/OD组合测量系统的检测车垂直振动位移的计算方法。最后进行了室内实验验证,实验结果表明,该IMU/GPS/OD组合测量系统应用于车载激光断面仪是可行的。

摘要：针对飞行实验成本高、难度大的问题,设计并实现了一种大视场星光修正惯性导航系统的半实物仿真试验系统。该系统采用轨迹发生器模拟生成飞行过程中导航传感器数据,利用真实星敏感器与IMU的静态输出获得器件误差,结合时间软同步完成信息采集,通过组合导航模块实现模拟飞行过程的组合导航解算。实验结果表明,该系统具有较强的灵活性和通用性,可在地面验证星光修正惯性导航算法性能,具有一定的工程应用价值。

摘要：针对飞行器内外弹道设计分离,且设计余量保守,难以获得最优方案的问题,给出一种基于不确定性的内外弹道联合优化设计方法。建立面向联合优化的固体动力模型,将"有偏差无余量"的不确定性优化方法应用于设计过程,给出优化三要素,开发了基于iSIGHT的内外弹道联合优化软件。数值仿真表明,在起飞质量、射程等约束条件不变的情况下,该方法可有效提高飞行器的运载能力。

摘要：针对车载移动测图系统无控制点成像的特殊要求,设计并实现了一种基于IMU/GPS的车载移动测图系统用高性能位置姿态系统;采用了前向滤波和后向平滑的后处理方法,以提高POS系统精度。最后,进行了车载成像试验,试验结果表明,该系统可以满足车载移动测图系统对GPS失锁2 min定位误差小于2 m的精度要求。

摘要：运载火箭对发射窗口和对准精度高度敏感。海上发射平台受风、浪、涌等复杂海况的综合作用产生低频、宽幅、时变晃动,传统的静基座对准方法不能适应,有限的配套设施又不便开展光瞄辅助对准或传递对准。对此,设计了基于晃动辨识的粗对准方法和在线修正量测噪声阵的精对准方法。对粗对准的影响因素进行量化分析,实时辨识晃动周期和幅值,结合器件特性和精度要求在线调整粗对准时间,为精对准创造良好初始条件。精对准过程中在线修正卡尔曼滤波器的量测噪声阵,从而适应发射平台的时变晃动。所设计方法于2023年9月在谷神星一号海射型运载火箭上完成了飞行实验验证,在晃动角度约2.1°、角速度约2.35(°)/s的复杂海况下,粗对准算法实现了300.0s内小于2.0°的精度,精对准算法实现了小于0.3°的精度,保障了运载火箭首飞成功。

摘要：针对运载火箭这一大型复杂系统,单纯依靠机理分析难以建立能够精确描述其时变特征的动力学模型,借助模态辨识技术获取其在飞行状态下的时变动力学特性尤为必要。面向运载火箭的飞行模态辨识需求,发展基于时变自回归滑动平均模型的仅输出递推辨识方法,引入指数加权遗忘机制进行时变特性跟踪,能够在激励未知的情况下仅基于响应数据准确快速辨识运载火箭的时变模态。以谷神星一号运载火箭为例,开展飞行遥测数据的快速处理,准确辨识发射准备阶段和飞行阶段的关键低阶时变模态,辨识结果与有限元分析结果的变化规律相互吻合,验证了所提时变模态仅输出递推辨识方法是有效可行的,服务了运载火箭有限元模型修正和姿控系统设计的实际工程需求。

摘要：针对传统的控制系统极限偏差设计方法导致运载火箭余量大、总体性能下降的问题,综述了基于概率的控制系统设计方法的国内外研究现状,论述了运载火箭控制系统概率设计的基本思想及设计流程,基于概率密度函数建模理论,建立了通过实际控制指令来控制概率密度函数拟合权值的状态空间,并基于最小二乘方法对状态空间中的参数进行了辨识,进而建立了密度函数成型控制模型,提出了基于最优控制理论的运载火箭控制器设计方法,最后通过仿真验证了理论方法的有效性,为我国运载火箭控制系统的精细化设计提供了理论依据。

摘要：针对带推力指向限制、速度方向限制及推力变化率限制等工程约束的软着陆机动制导问题,提出了一种基于凸优化的在线轨迹优化及制导算法。基于最优控制理论分析了推力指向约束对非凸约束松弛凸化的影响,采用Lagrange插值方法消除了指令内生波动。依托于可重复使用飞行试验平台开展了多状态多架次飞行试验验证。飞行试验结果表明该算法可以适应多种约束与工况下的规划与制导需求,具备进一步向工程实践应用转化的潜力。