登月软着陆轨道优化算法研究

月球软着陆轨道优化是月球探测中的关键技术之一,研究了基于燃料最优的定常推力月球探测器软着陆轨道优化问题.在优化算法中,首先对软着陆轨道动力学方程做归一化处理,经过将软着陆轨道离散化,应用函数逼近法拟合推力控制角,从而将轨道优化问题转化为参数优化问题,最后设计了蛙跳算法作为搜索优化方法.仿真结果表明设计的轨道较好地满足了所要求的约束条件,同时蛙跳算法具有很高的优化精度,并且应用比较简便,可以应用于登月软着陆的轨道优化设计任务.     

基于飞行动力学和遗传算法的嫦娥三号月球软着陆仿真模拟

介绍了飞行动力学原理与遗传算法,将飞行动力学与遗传算法相结合,建立基于飞行动力学与遗传算法的嫦娥三号月球软着陆轨道模型,运用遗传算法对该轨道模型进行了优化,用Matlab软件对嫦娥三号月球软着陆轨道的优化曲线进行了仿真,并对其进行了分析,该软着陆模型比单一的飞行动力学模型更加科学和准确。     

图像上梯度相关的优化问题快速算法

针对图像处理中目标函数为对图像梯度的约束,形式为正则项与保真项之和的优化问题,提出了一种对该优化问题的变形形式,并给出了基于交替方向乘子法(alternatingdirectionmethodofmultipliers,ADMM)的优化算法进行求解.在约束条件下采用每个图像中的最小单元上的分段式,使得在每步迭代中的每个子问题可以分化为在每个最小单元上的二元优化问题,从而可直接获得优化问题的最优解.所提出的优化形式与优化算法可以控制每步迭代的时间复杂度在O(N),其中N为优化问题在该图像区域中最小单元的个数,还可进一步根据图像的分割进行并行化.文中给出了2个图像上比较经典的优化问题:L0模优化问题和Poisson图像编辑的优化算法.与现有的基于迭代算法相比,文中算法在达到相似结果的同时,可具有更快计算速度与更小的内存消耗.     

基于无约束优化的月球探测器软着陆轨道设计

嫦娥三号探测器是中国国家航天局嫦娥工程第二阶段的登月探测器,包括着陆器和月球车。它承载着重要的探月使命,在此期间将抓取月壤在车内进行分析,得到的数据将直接传回地球。为保证登月探测器在月球表面平稳的降落并且能够有效应对外太空环境下各种因素造成的干扰,确定嫦娥三号月球探测器着陆准备轨道,建立了动力学模型。     

月球探测器重力转弯软着陆的最优制导

对于月球表面重力转弯软着陆过程,应用极大值原理研究了最优制导律,证明了其在着陆过程中不存在奇异状态,并且至多进行一次开关切换.最后给出了一种易于实现的次优制导律.     

基于混合粒子群算法的烧结配料优化

在引入惩罚函数和对目标函数进行适当修改的前提下,充分利用粒子群优化算法的全局搜索能力和约束条件下共轭梯度法的局部搜索能力,设计了烧结配料优化算法．利用惩罚函数方法将约束条件优化问题转化为无约束条件优化问题,然后利用粒子群优化算法进行寻优．当群体最优信息陷入停滞时将目标函数进行适当变化,继续利用共轭梯度法进行寻优．计算结果表明,采用该方法能够在提高混合料中的有用成分、降低有害成分的前提下,更多地降低生产成本．     

月球软着陆避障段定点着陆导航方法研究

我国正在实施月球软着陆工程,月球软着陆避障段是着陆器动力下降过程的关键阶段.在该阶段,导航系统除了需要提供着陆器的位置、速度和姿态测量信息外,还需要识别月表障碍、寻找安全着陆点并将着陆器导引到该着陆点.软着陆避障段的自主导航以惯性导航为基础,为了克服惯性导航的累积误差,并实现对安全着陆点的高精度相对导航,需要引入图像敏感器与测距仪的测量信息对惯导系统加以修正.为此,本文提出了一种基于图像信息的高精度相对导航方法,首先用图像处理技术选择着陆区,然后通过跟踪自主选择的特征点序列实现精确的相对导航.仿真计算表明,该方法能够有效地修正惯性导航误差,实现安全避障和精确定点软着陆.     

一种克服粒子群早熟的混合优化算法

针对粒子群优化算法在寻优时容易出现早熟现象,提出在粒子群收敛停滞时,从种群中随机选择粒子进行共轭梯度法计算,通过引入共轭梯度算法计算的信息来影响粒子速度的更新,以保持群体的活性,从而打破群体信息陷入局部最优的状况.不同于传统的粒子群算法,该算法有机地结合了粒子群的全局搜索能力和共轭梯度法的强大局部搜索能力,从而在一定程度上有效地克服了粒子群早熟的缺点.仿真计算结果表明,该改进粒子群的方法对于不同维数的非线性函数具有很好的寻优效果.     

基于无约束优化的非线性支持向量回归

提出利用牛顿法以及共轭梯度法解决非线性支持向量回归学习问题,不仅可以加速模型选择的过程,而且能够提高训练速度.将该方法应用于煤气炉数据集建模以及Mackey-Glass混沌时间序列预测,仿真结果表明了该方法的有效性.     

可视化仿真中数据处理技术研究

为解决复杂可视化仿真系统中视景显示不同步以及系统实时性随仿真任务复杂度和仿真精度要求的提高而降低的问题,提出一种新的可视化仿真系统架构,并设计了相应的数据处理方法。针对可视化仿真应用单一的问题,通过定义一种灵活的仿真数据记录格式,给出两种仿真结果可视化方案。最后,在月球软着陆可视化仿真系统中应用上述数据处理技术不仅完成了多显示端的同步,还实现了仿真结果可视化功能,并通过系统结构调整前后画面质量和场景帧速率的比较证明了前述处理方式可有效提高系统实时性。说明提出的结构和数据处理机制可用于指导搭建复杂可视化系统。     

Analytical Method for Solution of the Game Problem of Soft Landing for Moving Objects

A game problem of pursuit of a controlled object moving in a horizontal plane, by another object, moving in a three-dimensional space, is treated. The dynamics of the players models motion in a medium characterized by friction. Initial phase states are described, and sufficient conditions on parameters of a conflict-controlled object are derived, for which the soft landing may be performed.     

基于ACP方法的载人登月中止规划的计算实验研究

针对载人登月中止规划存在的不确定性因素, 提出了基于ACP (Artificial systems, computational experiments, parallel execution)方法的载人登月中止规划框架, 论述了该框架下人工系统和平行执行的初步设计, 主要讨论了计算实验设计、分析和验证过程. 针对中止规划时中止点状态误差的不确定性, 提出利用短时间的累积观测值确定中止点状态误差的计算实验方法, 并应用模拟退火单纯形混合算法求解从载人登月轨道上任一点返回地球的中止机动方案. 最后给出基于正交实验设计的计算实验示例性算例, 验证本文提出方法的有效性.     

Reentry Trajectory Optimization for Hypersonic Vehicles Using Fuzzy Satisfactory Goal Programming Method

Constrained reentry trajectory optimization for hypersonic vehicles is a challenging job. In particular, this problem becomes more difficult when several objectives with preemptive priorities are expected for different purposes. In this paper, a fuzzy satisfactory goal programming method is proposed to solve the multi-objective reentry trajectory optimization problem. Firstly, direct collocation approach is used to discretize the reentry trajectory optimal-control problem with nonlinear constraints into nonlinear multiobjective programming problem with preemptive priorities, where attack angles and bank angles at nodes and collocation nodes are selected as control variables. Secondly, the preemptive priorities are transformed into the relaxed order of satisfactory degrees according to the principle that the objective with higher priority has higher satisfactory degree. Then the fuzzy satisfactory goal programming model is proposed. The balance between optimization and priorities is realized by regulating parameter λ, such that the satisfactory reentry trajectory can be acquired. The simulation demonstrates that the proposed method is effective for the multi-objective reentry trajectory optimization of hypersonic vehicles.     

基于粒子群算法的飞行器再入轨迹优化

提出将粒子群优化算法（PSO）应用于飞行器再入轨迹优化。以最小控制能量高超声速飞行器再入轨迹优化为例,对飞行器运动模型进行简化和控制量参数化,粒子群算法采用自适应权值,并充分利用飞行器再入时的运动特性来设置PSO算法初始参数,分析比较仿真步数对结果的影响。仿真结果表明提出方法的有效性和优越性。     

多约束下助推滑翔弹道发射角优化研究

临近空间飞行器利用临近空间独特的环境特点,采用助推滑翔式弹道实现高超声速滑翔和机动,极具发展潜力,但同时对助推段与滑翔段交班条件、恶劣环境下的精确末制导等方面提出了极为苛刻的要求,因此助推段飞行程序的设计对全弹道而言至关重要。针对临近空间飞行器基于助推滑翔式弹道打击不同距离目标的要求,在满足多约束条件下,采用复合形法对弹道的发射角进行优化,优化后的发射角可以有效降低后续滑翔、再入段的设计难度,为弹道设计提供较大的设计裕度。仿真结果显示,该方法有效且对初始控制参量取值要求不严格,具有较强的适应性。     

登陆战役伪装风险评估

针对登陆战役伪装的特点,以敌侦察力、敌打击力、时效性、空间性和机动性五个因素为主要面临的风险指标,基于模糊模式识别原理建立了登陆战役伪装风险评估模型,给出了评估的详细步骤和方法.最后,通过仿真实验说明了该方法的有效性.     

大位移变分光流计算的快速算法

目的 多尺度方法的提出解决了传统HS（Horn Schunck）算法不能计算大位移光流的问题,但同时也增加了迭代运算的步数。为加快迭代收敛速度,研究大位移变分光流计算的快速算法,并分析其性能。方法 将用于加快变分图像处理迭代运算的Split Bregman方法、对偶方法和交替方向乘子法应用到大位移光流计算中。结果 分别进行了精度、迭代步数、运行时间的对比实验。引入3种快速方法的模型均能够在保证精度的同时,在较少时间内计算出图像序列的光流场,所需时间为传统方法的11%~42%。结论 将3种快速方法应用到大位移变分光流计算中,对于不同图像序列均可以较大地提高计算效率。     

生化系统稳态优化的一种新算法

针对一类生化系统的稳态优化问题, 在已有间接优化方法(IOM)的线性优化问题中引入一个反映S–系统解和原模型解一致性的等式约束, 应用Lagrangian乘子法将修正后的非线性优化问题转化为一个等价的线性优化问题, 提出了一种改进的稳态优化新算法. 该优化算法不仅可以收敛到正确的系统最优解, 而且可用现有的线性规划算法去计算. 最后将算法应用于几个生化系统的稳态优化中, 结果表明, 本文提出的优化算法是有效的.