空天飞行器制导控制技术发展思考

针对空天飞行器结构大型化、飞行包线扩展和可重复使用等要求对制导控制技术带来的技术难题,通过回顾国外高超声速飞行器制导控制技术进展,梳理空天飞行器面临的技术难点,详细分析了需要开展的制导控制技术方向,重点关注了动力学建模技术、轨迹优化与高精度制导技术和强稳定控制及执行机构技术,并给出了问题解决思路的初步构想。     

空天飞行器制导控制技术展望

总结了空天飞行器特点、优势及发展现状,通过飞行任务形态分析可以看出,空天飞行器面临复杂的环境特性、任务特性及对象特性。在此基础上,概括了面向空天飞行制导控制面临的技术挑战,包括复杂的动力学特性、多约束强耦合轨迹特性、高要求的稳定控制和高难度的探测与识别等,最后针对技术挑战对后续发展方向提出了思考与建议。     

无人飞行器超低空飞行撞地概率初探

研究了无人飞行器超低空飞行掸地概率问题，主要讨论进行这项研究的意义并介绍国内外状况，着重探讨了作为超低空飞行导弹背景干扰的地形数学模型。     

多飞行器自适应编队制导控制技术

利用拉格朗日方法推导了飞行器编队飞行的精确动力学模型,考虑了非线性项和J2项对飞行器编队模型精度的影响,利用自适应方法,在线评估J2摄动项对飞行器编队相对运动的影响。基于李雅普诺夫理论的非线性自适应控制,保障了在未知空间摄动影响下飞行器编队相对位置跟踪误差的全局渐近稳定。仿真结果显示:新的动力学模型能够准确描述飞行器编队飞行的相对运动。从而减少模型误差引起的燃料消耗。     

高超声速飞行器制导控制技术发展回顾与展望

通过对国内外高超声速飞行器制导控制技术研究成果的回顾,介绍了高超声速飞行器独特的动力学特性,并分别从动力学建模及特性分析、轨迹优化与制导、稳定控制等方面分析了当前达到的技术水平、关键控制问题及存在的难点。在此基础上,结合高超声速飞行器面临的技术难点和未来发展需求,对制导控制技术后续发展方向提出了思考与建议。     

现代飞行器的自修复飞行控制技术

操纵面意外卡死、损伤或浮松等硬故障是影响飞行器安全性的重要因素,也是现代飞行器飞行控制系统的致命问题。为使现代飞行器及其飞行控制系统具有一定故障工作和故障安全能力,现代飞行器的自修复飞行控制技术得到了快速发展。介绍了自修复飞行控制技术主要内涵及其发展,重点对飞行控制系统自修复技术结构方案、关键技术进行了分析,并给出了相关结论。     

临近空间高超声速飞行器制导与控制技术研究综述

对临近空间高超声速飞行器制导与控制技术的研究情况进行调研,分析了制导与控制技术在临近空间高超声速飞行器设计中的作用以及临近空间高超声速制导与控制技术当前面临的挑战,综述了主流的制导与控制方法,并展望了未来的发展方向。     

再入飞行器高空机动飞行的最优制导律分析

研究了在降弧段进行高空机动的再入飞行器最优制导律。给出了一种新的飞行器运动数学模型和这一模型下的最优制导律以及再入飞行器发动机工作时间、过载系数和估算方法。解算结果表明，该模型和制导律可用于再入飞行器的高空机动飞行控制。     

多飞行器协同制导问题研究

根据多飞行器协同制导的特点和要求,提出了一种适用于领弹-从弹策略的时间协同制导结构。该时间协同制导结构由个体独立导引控制和系统总体协调控制两部分构成。由位于领弹中的中央处理单元进行协调控制,占主要地位的领弹通过向从弹广播协同信息以实现整体的协同控制,协同信息包括期望攻击时间和领弹与目标的相对运动信息。针对此结构的特点和从弹无导引头的要求,给出了具体可行的视线角速率提取算法,从而降低了从弹弹载计算和探测设备的要求。从弹根据协同信息调整飞行轨迹,使得各弹同时到达目标,并且综合代价最小。仿真结果表明,采用此制导结构能够有效地实现协同攻击,验证了其良好的性能,使得多枚飞行器的整体性能达到全局最优。     

空间飞行器离轨段制导策略研究

基于空间定点投送任务,开展空间飞行器离轨段制导策略研究。对离轨制动任务剖面及相关总体设计条件进行描述,对离轨段制导设计约束进行梳理。针对设计约束制定制导策略,根据轨控发动机推力辨识结果,确定离轨起始点,通过离轨段控制提升飞行器再入位置精度;针对轨控发动机反推分离方案,采用视速度增量计算对推进剂消耗进行预示,避免分离前推进剂耗尽;基于离轨段仿真开展测控天线安装角分析,为测控方案提供支撑。     

小型无人靶机的超低空飞行功能实现

通过对超低空飞行环境因素和飞行过程的分析,提出了给定高度差飞行控制方案,圆满地实现了小型无人靶机的超低空飞行功能.     

超低空空投故障状态下模糊飞行控制

针对运输机超低空空投时的飞行安全问题,对空投时飞机的纵向姿态控制律进行研究。通过选取适当的坐标系,从牛顿矢量力学出发,推导了空投过程中货物在机舱内移动时飞机纵向运动的数学模型,分析了货物的运动方程并考虑了货物因机构故障被卡死的意外情况;并基于智能控制理论,设计了模糊控制律,对空投过程进行了无控条件和模糊控制下的仿真。仿真结果表明:该模糊控制器能够有效抑制货物出舱出现故障时对运输机姿态的影响,具有良好的控制效果。     

高超音速飞行器自适应滑模控制技术研究

本文针对通用的高超音速航空飞行器的纵向动力学，设计了一种多输入多输出(MIMO)自适应滑模控制器，并对其进行了分析。这种飞行器模型具有高度非线性、多变量、不稳定的特性，包括6个不确定参数。在110000英尺高度和15马赫的平衡巡航条件下的仿真研究，评价了飞行器对高度和空速的阶跃变化的响应。     

高超音速飞行器自适应滑模控制技术研究

本文针对通用的高超音速航空飞行器的纵向动力学,设计了一种多输入多输出(MIMO)自适应滑模控制器,并对其进行了分析.这种飞行器模型具有高度非线性、多变量、不稳定的特性,包括6个不确定参数.在110000英尺高度和15马赫的平衡巡航条件下的仿真研究,评价了飞行器对高度和空速的阶跃变化的响应.阶跃变化为速度100ft/s,高度2000ft.通过仿真,针对不确定参数,对控制器的鲁棒性进行了评估.仿真研究的结果表明,尽管存在参数的不确定问题,设计的控制器对于具有较低幅值控制输入的系统满足性能要求.     

某小型无人机超低空飞行潜能的挖掘

为在不修改飞行控制规律且保持原有飞行品质的前提下,使某小型无人机实现超低空飞行功能,对其潜 能进行挖掘。利用无线电高度表获取无人机相对海平面的实际高度值;设计数据采集转发盒,截获原气压高度值, 与无线电高度表值相融合后参与无人机超低空飞行控制;截获遥测信息,将无线电高度表值替换掉非重要数据,利 用原测控信道下传给地面站,由地面指挥操作人员下达指令,并通过实际飞行检验。结果表明,通过这些措施实现 了该小型无人机超低空飞行的目的。由此得出结论：该方法可行,措施有效,可适用于对外购无人机进行部分性能 提升和功能拓展的应用场合。     

基于CMAC网络的飞行器再入制导研究

针对高速再入飞行器的制导问题,提出了一种改进的标准轨道制导律.该方案在纵向上将LQR控制与小脑模型神经网络(CMAC)相结合,利用在线学习的CMAC对攻角和倾侧角的大小进行修正,提高地心径向距离和剩余航程的跟踪精度.在侧向上,根据定义的侧向边界设置动态调整准则确定倾侧角反向位置.三自由度仿真显示,该制导律在气动偏差下能够得到满足终端精度和约束条件的再入轨道,具有良好的可行性.     

机动再入飞行器神经网络闭路初制导研究

解决有限推力模型的再入飞行器初制导问题,利用传统开环控制的关机方程达不到要求的精度.提出了一种前馈反馈神经网络闭路初制导律.利用遗传算法生成能量最省轨迹,作为神经网络训练样本,利用遗传算法离线训练前馈三层BP网络,构成前馈神经网络控制器.状态反馈控制器采用在线神经PID控制器.仿真结果表明,该闭路初制导能够完成有限推力情况下的再入初制导任务,对初始位置误差、推力方向偏差和测量误差不敏感,具有一定的鲁棒性和适应性.     

高升阻比滑翔飞行器再入制导方法研究

针对高升阻比滑翔飞行器再入段制导方法的工程需求,提出了“改进的预测-校正制导+定向末制导”方法作为再入段制导方法。通过调整其横向制导的误差边界,解决了飞行器在交班点附近出现的横向误差不收敛问题,同时兼顾了较大的横向机动距离,发挥了飞行器高升阻比的特性。对预测-校正制导流程进行了改进,从而赋予了飞行器在线变更目标点的能力。在距目标一定距离时切换为末制导律,采用约束落点弹道倾角和航向角的广义比例导引法,实现对目标的定点定向打击。蒙特卡洛仿真结果表明,该制导方法对各项误差有较强的鲁棒性,具有较好的应用前景。     

光纤制导导弹首次飞行

据《防御电子学》杂志1983年12月报道,预期美国陆军的光纤制导导弹(FOG—M)计划将随同今年年终这种导弹的首次飞行一起达到一个关键发展阶段。据报道,在亨茨维尔进行的导弹航空弹道学飞行试验和在霍洛曼空军基地用空军的火箭橇进行的光纤电缆拉伸强度试验都成功了,而且陆军已在准备下一个重大阶段的试验。