地基运载火箭交会空间目标弹道快速优化设计

针对地基拦截器与空间目标交会这一复杂非线性优化问题,研究了基于改进粒子群算法的弹道快速优化设计方法.根据拦截交会弹道特点,设计了飞行程序优化模型,融合粒子群搜索的随机性和递进搜索的高效性,构建了适用于拦截交会弹道设计这类复杂非线性优化问题的改进粒子群算法.采用该改进粒子群算法进行拦截交会弹道仿真,结果表明,该改进粒子群算法计算精度较高,优化耗时较少,能够实现拦截交会弹道的快速优化设计.     

在轨拦截器最短拦截路径选择方法

对在轨拦截器的空间飞行环境进行了研究,分析了在轨拦截器拦截路径规划应满足的条件和特点;最后按照距离最短拦截能力最强的原则,设计出一种速度较快的算法,用以求解出最佳拦截路径。     

月面大范围空间机动初步优化

月面大范围机动技术将是未来探索以及开发月球的关键技术之一,月面机动轨迹优化可以显著减少机动过程的燃料消耗。主要针对月面大范围机动轨迹进行初步优化,将整个机动轨迹分为上升段、自由漂浮段、第1次动力减速段、垂直动力着陆段,前面3个飞行阶段是对整个飞行任务的初制导,在达到飞行射程的同时使飞行终端满足垂直着陆段的降落要求,通过垂直着陆段修正初制导误差,使飞行器满足目标点精确着陆要求。首先,建立各个飞行阶段的运动学模型,将前3个飞行阶段作为一个轨迹优化问题,采用遗传优化算法对优化问题进行求解。另外,将垂直动力着陆段轨迹优化问题通过无损凸化和离散的方式转化为一个有限维的二阶锥凸问题,通过凸优化求解器求解以实现在线轨迹优化。仿真结果表明,采用的轨迹优化方法具有较高的任务适应性和鲁棒性,可以适应不同机动任务需求实现高精度垂直动力着陆。     

有限推力机动变轨能力包络快速计算分析

通过设计加权的组合性能指标函数,将机动变轨能力包络计算评估问题转化为一系列使组合性能指标最优的飞行任务规划问题求解,并采用求解精度高、收敛速度快的伪谱结点-非线性规划方法将存在多个推进-滑行段的最优任务规划问题离散转换并快速求解。算例仿真表明,采用该方法可以综合评估限定推进剂耗量、程序角速率限幅等约束下的机动变轨能力包络,给出满足可控性要求的最优飞行轨道,进而可以增强小推力长期在轨机动飞行器的多样化任务适应能力。     

基于空中机动目标拦截的制导和引信及战斗部一体化设计研究

为实现对空间机动目标的可靠拦截,研究防空导弹制导盲区情况下常规破片战斗部的制导和引信及战斗部一体化设计方法。在已知目标最大机动能力作为先验信息条件下,通过目标最大机动能力估计制导盲区内目标潜在运动的状态集合;建立破片飞散的数学模型,根据目标状态集合和破片飞散特性求解防空导弹最佳交会状态和引信最佳起爆时间;采用Gauss伪普法,以末端弹目相对位置、弹目视线角和速度矢量夹角作为约束,求解导弹实时最优控制输入,使防空导弹到达最佳拦截位置。仿真分析结果表明,所提制导和引信及战斗部一体化设计方法能够实现引信最佳起爆控制和目标可靠拦截,对战斗部设计提供了依据。     

空间紧急救援关键技术

空间紧急救援属于空间交会对接任务的一种,但相对手一般的空间交会对接任务具有时间上的紧迫性.从空间紧急救援任务的特点出发,将空间救援的交会过程划分为发射入轨、远程调相和近距离交会等3个阶段;针对3个阶段相应地提出了大机动技术、快速交会技术和自主交会技术等关键技术,并对其进行了较为系统的分析.     

大气层外弹道导弹中段拦截弹道规划

为解决反导拦截弹道快速规划问题,依据椭圆弹道理论与二体理论提出一种弹道导弹中段拦截弹道规划模型。在获取目标弹道某一时刻初始位置和速度状态信息基础上,利用椭圆弹道理论建立目标飞行位置与飞行时间的关系,实现对遭遇点位置信息的预测;根据拦截弹发射点位置以及预测遭遇点位置,利用Lambert方程在飞行时间的约束下解算拦截弹的状态信息,从而建立拦截弹的弹道规划模型;使用MATLAB软件仿真验证拦截弹规划模型的有效性。该模型为中段拦截弹道规划设计提供了一种思路和方法,并且在相应的约束条件下规划的拦截弹道在理论上能够满足中段反导拦截作战要求。     

空射近空间飞行器助推弹道规划方法

为研究空射近空间飞行器低弹道快速入轨弹道规划问题,将空射近空间飞行器助推弹道分为投放段、一级飞行段、无动力滑行段、二级飞行段。一级飞行段采用最大可用过载快速拉起; 二级飞行段纵向剖面采用基于分段多项式的参数化控制方法,二级飞行段横向剖面设计了基于三角函数的参数化能量管理; 形成了多段多约束参数化助推弹道规划模型,采用改进粒子群算法对该问题进行求解。仿真结果表明:规划弹道满足过载、控制及分离等各类约束条件; 该方法具有很高的求解精度和较快的求解速度,能获得满足不同交班需求的参考弹道。     

Memetic算法在无人机侦察航路规划中的应用

为解决无人机侦察航路规划问题,采用文化基因算法(memetic algorithm,MA)进行求解。以粒子群优化算法作为主搜索策略,采用基于模拟退火的加权法对非劣解进行局部搜索。目标函数综合分析了战术效果、航程、安全性、飞行时间等指标要求,并从环境和无人机自身分析航路规划约束条件。最后对算法性能进行了测试,实验结果表明该文化基因算法比单独使用粒子群优化算法具有更高规划效率,得到的初始侦察航路较优。     

基于微粒群算法的中制导弹道优化设计

为使拦截武器有效拦截目标,将直接多重打靶算法与微粒群算法相结合,设计了一种基于微粒群算法的中制导弹道优化算法。该算法借鉴直接多重打靶算法基本思想,将状态空间与参数空间分别进行分解与分段,并在此基础上结合中制导末端条件构建性能指标函数,将弹道优化问题转化为多目标优化问题;基于对指标函数之间依赖性的分析,在求解过程中将多目标优化分解为参数层和指标层优化两部分,采用微粒群算法对其进行分层优化求解。仿真研究表明,该优化算法能够对弹道进行有效优化。     

基于目标机动预估的空空导弹可发射区建模及仿真分析

为适应空战中目标逃逸机动的剧烈态势变化,提出了基于目标机动预估的空空导弹可发射区问题,并进行了概念定义; 设计了机动预估模型,根据导弹与目标的相对方位信息,从战术层面对目标逃逸机动方式进行一步预估; 基于多种实际约束,建立了导弹、目标和相对运动模型; 针对黄金分割法在对可发射区解算时存在搜索范围不完备的问题,提出了初始搜索空间自适应动态修正的改进办法; 利用改进的黄金分割搜索策略,实现对可发射区边界值的快速精确搜索。仿真结果表明,基于目标机动预估的可发射区简化了不可逃逸问题的搜索时间,扩大了导弹的攻击范围,有利于导弹战术使用性能的充分发挥。     

攻防对抗中追逃双方的最优策略及其参数分析

从数学方法上看,逃脱与制导是一个问题的正反两面,而零和微分对策理论是分析这类问题的有力的数学工具;将传统上经常使用的两种模型（LQDG和NDG）合二为一,给出了该问题的数学表达;之后,基于微分对策理论,推导出了攻防双方的最优策略和可控性条件;为了探讨机动能力对机动效果的影响,还给出了逃脱区域、拦截区域、时间窗口、窗口深度和最佳机动时刻等定义,同时探讨了它们各自的物理含义;另外,还分析了一阶惯性环节对逃脱和拦截性能的影响;研究攻防双方在已知对方约束的条件下,如何规划自身能量和加速度约束,以及应该如何机动和什么时刻开始机动等问题。     

超远程火箭弹道设计研究

根据射程,运载火箭一般可分为近程、中程、远程和洲际运载火箭,射程超过地球周长一半的火箭一般称为超远程火箭.当前,超远程火箭的弹道方案主要采取高弹道、部分轨道等技术,具体实现方案包括直接飞行、弹道主动段机动飞行、弹道被动段机动飞行、近地圆轨道机动飞行、近地椭圆轨道机动飞行等 5 种技术方案.对方案可行性及方案选择的判断依据进行研究,分析各技术方案的弹道特点,并与标准洲际射程参数进行对比,为超远程火箭的弹道技术方案的选择提供了借鉴.     

空战机动飞行轨迹生成与控制

针对依赖于标准机动动作库或者驾驶员经验的机动控制问题,提出一种基于蒙特卡罗树搜索算法生成机 动轨迹的方法,只需给定目标机动动作的初始和终止状态,通过反复搜索即可得到达成机动目标的操作序列;并设 计前馈加反馈的复合控制器来提高轨迹跟踪的效果。实验以筋斗机动为例进行验证,仿真结果表明：得到的筋斗参 考轨迹各项指标均接近职业战斗机飞行员的最佳表现;同时与传统的PID 控制器进行对比,证明了复合控制器能显 著提高筋斗轨迹的跟踪效果,为解决机动控制问题提出了一种有效的解决方案。     

空战机动飞行轨迹生成与控制

针对依赖于标准机动动作库或者驾驶员经验的机动控制问题,提出一种基于蒙特卡罗树搜索算法生成机 动轨迹的方法,只需给定目标机动动作的初始和终止状态,通过反复搜索即可得到达成机动目标的操作序列;并设 计前馈加反馈的复合控制器来提高轨迹跟踪的效果。实验以筋斗机动为例进行验证,仿真结果表明：得到的筋斗参 考轨迹各项指标均接近职业战斗机飞行员的最佳表现;同时与传统的PID 控制器进行对比,证明了复合控制器能显 著提高筋斗轨迹的跟踪效果,为解决机动控制问题提出了一种有效的解决方案。     

交会对接仿真系统的原型技术研究

研究了在交会对接仿真系统中应用原型技术的方法,分析了交会对接仿真系统的系统需求,概述了原型法的一些基本概念,研究了面向对象技术和原型技术的融合问题,分析了基于面向对象的原型法在交会对接仿真系统中的应用问题,并在最后建立了一个交会对接仿真系统的进化型原型框架.对此原型框架的仿真表明,原型法在交会对接仿真系统中的应用是成功的.     

基于改进层次分析法的在轨服务飞行器机动策略评估

在轨服务飞行器(Orbital Service Vehicle,OSV)在执行服务任务时,可以采取多种方案和策略接近服务目标.为得到优化可行的机动策略,可以运用适当的指标体系和评估算法对各方案进行统一比较和选优.根据效能评估的相关理论,提出了基于改进的层次分析法的OSV机动策略评估方法,并用具体算例验证了该方法的可行性和可信性.该方法经过适当的细化可以推广应用于其它航天任务的决策过程中.     

基于间接法的变比冲发动机作用下地球逃逸轨道设计

针对变比冲发动机作用下燃料最优地球逃逸轨道设计问题,给出了一种基于间接法的组合设计算法.该组合算法包括初值猜测技术和边值问题求解器两个部分:利用最优解的必要条件在初始时刻小邻域内构造一组关于协状态初值的线性方程组,以此给出短周期任务的初始猜值,然后结合曲线拟合技术猜测长周期任务的初值;边值问题求解器通过构造一个与待求解...