火箭子级垂直返回海上平台制导、导航和控制技术研究

从 Falcon-9火箭一子级垂直返回历次技术验证试验入手,分析得到了火箭一子级垂直返回海上平台的多个终端约束和技术指标要求,提出了火箭一子级垂直返回海上定点平台任务必须解决的先进GNC技术,剖析了这些GNC技术的内涵和技术难度,并给出了相应的解决方案和解决思路,为中国可重复使用运载火箭尤其是火箭子级垂直返回回收提供了研究发展思路和参考。     

无人机自主着陆过程中的视觉导航技术分析

为解决目前国内外无人机难以实现自动着陆的问题,对无人机着陆过程中的视觉导航技术进行研究.介绍了飞行器的降落等级和着陆阶段,分别对无人机着陆过程中的图像处理技术和位姿估计问题进行分析,重点研究着陆过程中的图像特征提取技术和位姿估计的迭代算法.研究结果表明:将视觉导航与其他导航方式相结合,发展鲁棒性好、精度高、实时性好的组合导航位姿估计融合算法将是未来视觉导航的发展重点.     

2020国际制导、导航与控制学术会议征文通知

国际制导、导航与控制学术会议(ICGNC)是目前中国最大的航空、航天、航海、陆地等运动体制导、导航与控制(GNC)领域的国际学术会议,每两年举办一次,已经成功举办8届。ICGNC 2020将集聚国内外高等院校、科研院所和工业部门的专家学者,探讨和交流GNC领域相关的学术和技术问题,并将邀请GNC领域的国际知名学者做大会特邀报告,会议还包括总师论坛、青年科学家论坛、会前报告、小组讨论、邀请组、口头报告和张贴报告等。     

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。     

基于IMU/LIDAR的月面软着陆自主导航方法

针对中国探月二、三期工程及未来星际着陆探测任务中对探测器精确着陆的要求,为避免采用导航相机进行导航时的大量图像处理运算对导航实时性的影响及其对星载计算机性能的苛刻要求,同时克服传统导航精度低的缺点,提出一种基于惯性测量单元(IMU)加激光雷达(LIDAR)的着陆段自主导航方法。该方法利用惯性测量单元测得的探测器的加速度和角速度以及激光雷达测得的探测器相对于月面的距离和速度信息,通过改进扩展Kalman滤波估计出探测器的位置、速度和姿态。该方法的运算量较小,保证了良好的实时性,且仿真分析表明采用该方法对月面地形具有较好的适应能力,可获得较高的导航精度。     

某型无人机自动着陆轨迹研究

根据某型无人机特点 ,设计了一个纵向下滑控制律 ,把整个纵向着陆轨迹分为三段 :直线下滑段 ,进入段和拉起段 ,据此计算出的纵向着陆轨迹 ,能够保证无人机有较小的着陆速度和正确的着陆姿态 ,使无人机在预定地点安全成功地回收 .该计算结果与实际试飞结果有很好的一致性     

火箭垂直回收着陆段在线制导凸优化方法

为了研究火箭垂直回收着陆段的制导律设计问题,通过求解最省燃料问题获得制导律,将连续优化问题转化为一类二阶锥凸优化问题(SOCP)。采用凸优化问题求解程序,实时计算最优轨迹获得当前制导周期内的制导律,导引火箭飞向目标点并垂直软着陆。该方法对着陆段初始状态偏差和下降过程中气动扰动有较强的适应性。进行了3个算例的仿真,结果表明:凸优化方法具有确定的收敛性质,相较于Radau伪谱法求解更加高效; 参数设置简单,能够满足实时制导需求,具有在线应用的潜力。     

一种适用于飞机着陆段的高精度组合导航方案

飞机着陆段的安全性至关重要,高精度导航系统是其安全着陆的保证。针对机场使用的局域差分GPS抗干扰性差、可靠性差等问题,提出了一种高精度组合导航方案,以局域差分DGPS和外部高度阻尼的SINS／RA为子系统,利用卡尔曼滤波进行信息融合。仿真结果显示,该方案高度通道测量误差达到0．2m以下,满足飞机着陆对导航系统精确度要求,验证了该方案的正确性和有效性。     

基于光流的无人机自主着陆控制策略

为解决无人机自主导航过程中自主着陆时难以满足特征识别条件的问题,提出一种基于光流的高度估计及自主着陆控制策略.依据无人机高度和垂直速度的关系,建立状态空间模型,通过模拟着陆,采用小扰动线性化系统模型,分析在恒定光流散度着陆过程中自激振荡的发生.仿真结果表明:控制增益给定的情况下,控制回路的稳定性仅取决于对地高度,当接近地面时,控制回路出现自激振荡,此时机载设备可以检测到震荡,并计算出高度.     

基于气囊缓冲方式的重复使用运载火箭回收着陆仿真分析与试验验证

运载火箭重复使用是降低发射服务成本的重要技术途径之一,重复使用运载火箭会经历多次回收着陆载荷,是影响箭体结构重复使用性能的重要因素。设计了排气式气囊着陆缓冲方案,建立了运载火箭子级有限元模型,基于气囊排气及缓冲理论真实模拟了气囊排气爆破过程和气固耦合缓冲过程,通过开发二次程序完成了重复使用运载火箭子级回收软着陆瞬态动力学冲击仿真。获得了过载随竖直着陆速度和水平着陆速度变化的响应面,找到了过载指标、应力指标满足设计要求情况下的最大竖直着陆速度。以仿真结果为输入指导了重复使用运载火箭子级着陆试验,仿真结果与试验结果吻合,验证了排气式气囊着陆仿真方法和参数设置的正确性。     

一种近空间高超声速飞行器的制导律设计与仿真

为了实现一种由助推、近空间巡航和俯冲攻击组成的高超声速飞行器攻击弹道以对付具有大机动能力的目标,采用粒子群优化方法一体化设计高超声速飞行器的固体火箭助推器和助推弹道;巡航段水平面内采用一种3维虚拟目标比例导引律,纵向平面内基于非线性系统奇异摄动理论和虚拟目标导引方法设计一种次最优组合制导律;俯冲攻击段基于随机跳变系统理论设计一种最优制导律.3维全弹道仿真结果表明所设计的制导律合理,中制导律能够有效衔接助推段和俯冲攻击段,末制导律能够有效实现攻击大机动目标的制导任务.     

基于蚁群算法的深海着陆车路径规划

针对深海着陆车海底作业“路径最优”问题,提出一种适用于着陆车的三维海底全局路径规划算法。采用栅格等分法建立着陆车作业区域的三维海底环境抽象模型。通过对着陆车航行过程动力学分析和驱动电机速度与工作效率测试,建立其航行运动能耗模型。采用局部和全局信息素更新的基于蚁群寻优的能耗-距离路径规划算法,并将能耗、距离引入到启发函数与评价函数中。仿真实验结果表明,该算法通过合理选取评价函数权重参数,能有效均衡路径规划的里程与能耗,具有较好的收敛速度和全局搜索能力,能够满足深海着陆车海底科考作业需求。     

陆军多管火箭武器的发展与思考

论述了陆军多管火箭武器的发展进程,重点介绍其在第二次世界大战以来所走过的增大射程、提高射击密集度和实现制导化3个主要发展阶段。归纳总结了陆军多管火箭武器在发展过程中形成的多联装发射平台、弹体采用旋转体制、大长径比、短时大推力发动机和曲射弹道、静稳定设计等特点,分析上述特点对其制导化发展中带来的优势和挑战,提出陆军多管火管武器未来发展中应重点关注和解决的若干问题：旋转弹捷联惯性导航、动态稳定性理论、弹道规划与控制方法、大推力比长工作时间的先进动力、单线制发射控制技术等。     

简易制导火箭制导控制系统设计

文中研究了简易制导火箭的制导控制系统,在基于自动驾驶仪与制导律相匹配原则的基础上,研究并仿真了速度矢量自动驾驶仪积分比例导引的制导控制系统方案.仿真结果表明,该方案是可行的.     

基于TECS/H_∞的无人机自动着舰技术研究

针对无人机自动着舰,运用总能量控制(TECS)的思想建立了无人机自动着舰系统,设计了H∞输出反馈控制器,H∞控制综合设计采用包括增量线性化动力学模型、反馈控制器和权阵系数选择的增广对象模型。为了实现对移动目标的跟踪,引入了一种新的着舰导引控制算法。通过对所设计的"先锋"无人机自动着舰导引系统仿真表明,该设计能满足着舰要求,能有效地抑制风干扰的影响,具有良好的鲁棒性能。     

基于跑道灯光的计算机视觉辅助无人机着陆

针对夜间无人机着陆时标准跑道的灯光会加重图像处理的难度问题,提出一种利用跑道灯光辅助着陆的机器视觉方法。该方法参考标准跑道灯光设置,提取跑道灯光直线特征,对EPnP方法进行扩展,将直线特征表示成跑道平面上3个控制点的加权形式,利用奇异值分解的方法求出控制点在相机坐标系中的坐标,最后使用正交化方法解算出无人机相对于跑道的位置和姿态,为无人机着陆提供了引导信息。仿真结果表明:在距机场距离较远时,该方法能有效地引导其自主着陆。