摘要：针对高超声速飞行器制导过程中的通道耦合问题,设计一种基于旋量方法的三维非线性伪最优制导律。引入角度矢量、视线旋量、视线旋量速度等概念,通过等价性证明,得出视线旋量、视线旋量速度控制分别与视线方位、视线角速度控制具有一致性的结论,从而将制导问题转化为视线旋量和旋量速度的控制问题;基于旋量方法构建弹目视线旋量、视线旋量速度模型,构建得到飞行器制导的三维非线性模型;为避免直接求解Riccati微分方程过程的复杂性,引入伪控制变量,将三维非线性制导模型转化为线性制导模型;分别针对无终端约束和有终端约束情况,基于二次型最优方法得到三维非线性伪最优制导律。该制导律避免了通道解耦,其制导参数又满足一定物理意义下的最优性。仿真结果验证了所设计制导律的有效性。

摘要：接近观测是一种新兴的天基观测手段,精确地导引飞行器到达目标附近合适的观测点是关键技术之一。针对接近观测最后逼近段制导问题,提出了一种最优末制导方法。在惯性系中建立了相对运动方程,把目标和观测点的相对位置作为终端约束,引入了综合考虑飞行时间与燃料消耗要求的性能指标,从而把接近目标的过程转化为最优控制问题,求解出最优推力方向、发动机工作时间和飞行时间。在此基础上,设计了最优制导方案。仿真分析表明最优末制导方法的精度较高,能够满足抵近观察任务的要求,同时对深空探测、交会对接等任务具有借鉴意义。

摘要：以高超声速飞行器为研究对象,针对俯冲段精确制导及机动突防问题,基于反馈线性化与滑模控制研究了机动突防滑模跟踪制导方法。首先设计纵向俯冲及侧向机动弹道,其次利用反馈线性化将非线性运动方程转化为线性方程,基于该线性方程利用滑模控制对已设计的弹道进行跟踪,最终将线性跟踪制导律转换到非线性系统中获得非线性滑模跟踪制导律,该制导律完全基于飞行器当前运动状态,所需的相对运动信息大大减少。CAV-H飞行器制导实例仿真表明,该方法能够实现俯冲段精确制导及机动飞行,且对初始及过程偏差具有较强的鲁棒性,能够为高超声速飞行器俯冲段制导提供有益参考。

摘要：针对大气层内机动目标拦截的末制导问题,提出了一种自适应积分滑模制导律。基于抑制弹目视线旋转的原则,设计了一种视线转率收敛速率可调的跟踪剖面,选取跟踪误差与其积分为状态变量,采用状态有限时间收敛的积分滑模面与快速趋近律推导得到了积分滑模制导律。为了处理未知的目标机动项,提出了一种自适应算法,对目标机动项上界的平方进行估计,构成了自适应积分滑模制导律,并证明了其有限时间收敛的特性,给出了各状态变量的收敛域。最后,将制导律转换成适用于大气层内拦截的形式。仿真结果表明,所提制导律能够精确拦截机动目标,剖面跟踪误差收敛速度快,过载分布均匀,能量消耗少,并具有良好的噪声特性,易于工程实现。

摘要：为了综合研究和分析载人飞船返回舱制导导航控制 (GNC)系统的性能 ,验证系统设计的正确性、合理性和可行性 ,提出了返回舱六自由度再入弹道仿真研究问题。根据返回舱 GNC系统的任务 ,建立了适用于包括风在内的各种干扰作用下六自由度再入弹道仿真数学模型 ,为半实物仿真奠定了基础。提出了基于标准轨道的再入制导律 ,严格推导了再入段总升力方向控制中滚动通道姿态控制信号的形成 ,并给出了工程应用中简化的方法。开发了综合仿真软件 ,仿真计算表明 ,GNC系统的设计及参数选择、总体设计是合理的、正确的和可行的。

摘要：针对小推力轨道设计中任务窗12参数具有范围跨度大、非连续性强、对设计结果影响显著等特点，提出了一种基于多冲量能耗估算的任务窗口搜索方法。该方法基于多冲量轨道和小推力轨道的能耗一致性，先由朗伯特两冲量轨道经过数次迭代扩展快速获得多冲量轨道，再通过多冲量轨道能耗估算对任务区间进行全局栅格搜索，最终得到任务窗口的可行区域。仿真结果表明：1）该方法同时适用于交会和飞越任务；2）同朗伯特两冲量相比，它与小推力轨道能耗的一致性更强；3）同Sims和Flanagan最优多冲量相比，计算时间缩短了1～2个量级，计算效率显著提高。地球一火星交会任务的仿真应用表明，该方法只需8．59S即可获得任务窗口的可行区域，进而快速给出小推力最优转移轨道，验证了该方法的有效性。

摘要：针对直接力/气动力复合作用动能拦截弹的姿态控制问题,建立了拦截弹俯仰-偏航通道短周期运动模型;利用线性二次型最优跟踪控制理论结合姿控固体小火箭点火逻辑设计了复合控制系统,通过分析非线性容限得出了该系统对直接力偏差具有强鲁棒性的结论;姿控回路仿真表明系统具有快速响应特性及良好的跟踪性能,考虑侧喷干扰效应等实际条件的六自由度弹道仿真表明所设计的控制系统能够满足拦截末段直接碰撞要求。

摘要：面向多约束下高超声速飞行器末制导过程中的通道耦合、参数扰动、模型失配等突出问题,设计一种适于高超声速飞行器的三维非线性自适应末制导律。为了模型描述的完整性和简洁性,引入视线旋量和旋量速度的概念,并基于此建立三维制导参考模型和实际系统的表达式;为了保证制导律的鲁棒性和自适应性,基于自适应控制理论,设计一种三维非线性自适应制导律;通过数学推导证明了该制导律的稳定性。该制导律能够从理论上克服高超声速飞行器末制导面临的通道耦合、参数扰动、模型失配等突出问题,满足多约束制导要求。仿真结果验证了所设计制导律的有效性。

摘要：双月旁转向周期轨道是限制性三体问题框架下的一类大尺度周期轨道.首先,分析了双月旁转向周期轨道的形成机理,采用了圆锥曲线拼接法进行轨道的初步设计;其次,深入剖析了双月旁转向周期轨道的解集域空间,并结合数值仿真,绘制了解集域内轨道参数的分布图;最后,比较了不同地心拱线旋转角速度下的轨道参数,并给出了两条典型轨道在各种坐标系下的轨道图形.结果表明:采用圆锥曲线拼接法进行双月旁转向周期轨道的解集分析是可行的,计算数据和结论能够为进一步轨道设计提供参考.

摘要：针对高超声速飞行器具有强耦合、控制器设计困难的问题,主要分析了飞行器的气动耦合特性,并在其基础上进行了耦合补偿控制器的设计。首先建立了高超声速飞行器的运动模型,并对气动模型进行了初步分析;然后利用对角优势阵理论对飞行器的气动耦合特性进行了详细分析,得到了稳定力矩耦合、阻尼力矩耦合以及操纵力矩耦合特性随马赫数、攻角及舵偏角的变化规律;最后,结合气动耦合特性设计了耦合补偿控制器,并进行了仿真验证。仿真结果表明,耦合补偿控制器的设计能有效降低飞行器三通道之间的气动耦合,提高了控制系统的动态响应能力和控制精度。