改进的月球返回再入制导律

月球返回舱高速返回地球,再入动能非常大,使得月球返回舱的再入制导精度难于得到保证.采用传统的制导方法很难同时满足精度、航程、过载和热量等要求.针对以上不足,为了设计一种安全、有效且适合大范围航程的再入制导律,结合解析预测制导和数值预测制导的优点,设计了一种改进的月球返回再入制导律.具体方法是在阿波罗解析制导方法的基础上,通过在上升段和弹道段使用数值预测校正算法(NPC)提高了纵程能力.又将决策权提前至初始滚转段,并采用变化的常值阻力加速度.仿真结果表明,改进设计的制导律提高了航程能力和落点精度,降低了过载和总热量,使动态性能得到改善,改进方法可为月球返回再入制导优化设计提供依据.     

亚轨道飞行器返回轨道设计研究

返回轨道设计关系着亚轨道飞行器能否安区返回.亚轨道飞行器的返回过程不同于航天飞机的返回过程.针对亚轨道飞行器的返回轨道的特点和要求,将基准返回轨道分成常数倾斜角飞行段和解析表达式飞行段进行设计.在常数倾斜角飞行段,采用常数倾斜角控制;在解析表达式飞行段,采用解析表达式来代替飞行高度速度剖面.已知返回点和末端能量管理入口的高度、速度,在满足飞行约束条件下,设计基准返回轨道,并对求得的基准轨道进行跟踪对比.算例表明,给出的亚轨道飞行器返回轨道设计方法是可行的.     

考虑地球自转的探月返回跳跃式再入制导研究

本文考虑探月返回飞行器跳跃式再入的制导问题.针对考虑地球自转的探月返回飞行器不确定非线性动力学,设计了基于观测器的近似反馈线性化制导律.由于初始再入时空气密度近似为零,因此阻力初始观测误差近似为零.针对该特点,研究了基于观测器的控制律的峰值问题,给出了无峰值现象的控制律的简化设计方法.首次证明了速度内动态是有界输入有界状态的,为制导律的设计提供了基础.证明了制导误差是一致最终有界的,并且界是随着初始观测误差的减小而趋于零;进一步由于阻力初始观测误差近似为零,因此制导误差近似为零.最后,针对Apollo命令舱,通过数学仿真验证了本文方法的有效性.本文为包括火星再入、月球再入等飞行器的制导问题提供了研究途径和基础.     

亚轨道飞行器返回段动力学虚拟样机设计

为进行亚轨道飞行器返回段飞行仿真实验,详细划分返回段动力学虚拟样机层次结构,建立虚拟样机各子系统数学模型,并以此为基础在VPM（Virtual Prototype and Modeling）仿真平台上实现亚轨道飞行器返回段的动力学虚拟样机设计．使用现有的亚轨道飞行器总体方案在该虚拟样机系统上完成虚拟实验,仿真结果表明,该虚拟样机系统设计合理,可以为今后的亚轨道飞行器研制工作提供一定的技术支持．     

一种考虑光照约束的地球同步轨道航天器自主绕飞轨道机动策略

针对地球同步轨道(GEO)航天器的在轨服务航天器自主绕飞问题,为了实现对目标的有效观测,本文研究提出了一种考虑光照约束的轨道机动策略.首先,在HILL坐标系中建立了服务航天器与目标航天器之间的相对运动模型,定义了光照方位角来描述太阳光照对目标航天器观测效果.然后,结合航天器相对运动特性,分析了自主绕飞的形成过程,设计了...     

月球卫星的自主轨道确定

本文分别利用紫外三轴姿态敏感器测出的月心方向和测距仪测出的月心距作为观测量，采用推广卡尔曼滤波方法实时确定出月球卫星环月期间的轨道，考虑到月球卫星在环月期间太阳对月光照条件的限制，提出分段滤波策略，并给出了仿真分析。     

亚轨道飞行器再入段导航制导快速原型设计

为了加快亚轨道飞行器再入段导航制导系统从算法设计到硬件产品的实现过程,采用快速原型技术进行设计.借助基于RTX的快速原型开发平台,利用Matlab/Simulink/RTW将导航制导模型自动生成C代码,对自动生成代码做出相应修改以满足系统实时性要求,再编译链接生成可执行DSP代码,加载到DSP(数字信号处理器),实现了亚轨道飞行器再入段导航制导系统的DSP硬件在回路仿真.该系统的实时仿真结果与Simulink数字仿真结果一致,表明快速原型系统设计的正确性.该方法具有开发周期短、实时性能好等优点.     

基于CMAC网络的飞行器再入标准轨道制导

针对飞行器再入标准轨道制导方法中的参考阻力加速度跟踪问题,提出一种将CMAC网络与PID控制相结合的复合控制方案。该方案利用传统的PID控制器实现反馈控制,保证系统的稳定,并利用CMAC网络实现补偿控制,提高系统的抗干扰能力。三自由度仿真结果表明,在存在气动偏差和风场干扰等影响的情况下,该算法的跟踪精度与鲁棒性都有增强,终端精度和约束条件都得到了较好的满足。     

GPS自主定姿定轨技术在静止轨道卫星上的应用

ＧＰＳ技术是航天工程中具有发展前任的关键技术,是卫星自主定姿定轨高效经济的方法,新一代大型静止轨道卫星（即地球同步轨道静止卫星）平台上的采用ＧＰＳ自主定姿定轨技术的能使卫星定姿定轨技术上一个新台阶。本文着重分析了新一代大型静止轨道卫星平台上采用ＧＰＳ自主定姿定轨技术的可行性。     

Modelless Guidance for the Docking of Autonomous Vehicles

A novel line-of-sight sensing-based modelless guidance strategy is presented for the autonomous docking of robotic vehicles. The novelty of the proposed guidance strategy is twofold: 1) applicability to situations that do not allow for direct proximity measurement of the vehicle and 2) ability to generate short-range docking motion commands without a need for a global sensing-system (calibration) model. Two guidance -based motion-planning methods were developed to provide the vehicle controller with online corrective motion commands: a passive-sensing-based and an active-sensing-based scheme, respectively. The objective of both proposed guidance methods is to minimize the accumulated systematic errors of the vehicle as a result of the long-range travel, while allowing it to converge to its desired pose within random-noise limits. Both techniques were successfully tested via simulations and experiments, and are discussed herein, in terms of convergence rate and accuracy, in addition to the types of localization problems for which each method could be specifically more suitable.     

Research Infrastructure for Interactive Human- and Autonomous Guidance

This paper describes a research infrastructure setup to exercise and investigate guidance and control capabilities under human and autonomous control modalities. The lab facility is designed to implement tasks that emphasize agent-environment interactions. The overall goal is to characterize these interactions and to apply the gained knowledge to determine interaction models. These can then be used to design guidance and control algorithms as well as human–machine systems. The facility uses miniature rotorcraft as test vehicles with a Vicon motion tracking system and SensoMotoric gaze tracking system. The facility also includes a high-fidelity simulation system to support larger scale autonomy and teleoperation experiments. The simulation incorporates the software components and models of the key flight hardware and sensors. The software system was integrated around the Robotics Operating System (ROS) to support the heterogenous processes and data and allow easy system reconfiguration. The paper describes the research objectives, details of the hardware and software components and their integration, and concludes with a summary of the ongoing research enabled by the lab facility including.     

采用高抛弹道的反临拦截器制导律设计

高超声速武器拦截由于相对速度极快,机动能力、速度均不占优势,因此需要进行高精度的中、末制导研究。本文以临近空间高超声速巡航飞行器为拦截对象,提出了采用高抛弹道拦截的设计思路,针对临近空间飞行器的弹道特征和机动性能,设计高抛弹道的初、中、末复合制导律,并对目标进行不同机动模式的拦截效果进行分析,仿真结果表明,基于高抛弹道的拦截器能够有效拦截巡航类高超声速临近空间目标。     

A Combinatorial Dynamic Network Trajectory Reservation Algorithm for Connected Autonomous Vehicles

Networks and Spatial Economics - We present a combinatorial assignment algorithm for reserving space-time trajectories from origins to destinations given an ordered list of vehicles. Space-time...     

最优真空飞行轨迹设计和制导方法研究

研究飞行器燃料最优真空飞行轨迹设计和制导问题,轨迹优化设计和在线制导系统快速性和精确度具有很高的要求.根据典型飞行任务特征,导出具有直观物理意义的横截条件,用无量纲技术建立相应的最优控制模型,分别通过常值和线性引力的假设,给出正则方程的两种近似积分方法,设计相应的制导策略,再利用打靶法和dogleg信赖域法进行数值仿真.通过对运载火箭入轨和卫星轨道转移两类典型实例的应用,结果表明方法具有更好的快速性、精确度和可靠性,为设计提供科学依据.     

时空轨迹数据驱动的自动驾驶场景元建模方法

时空轨迹数据驱动的汽车自动驾驶场景建模,是当前汽车自动驾驶领域中驾驶场景建模、仿真所面临的关键问题,对于提高系统的安全性具有重要的研究意义.近年来,随着时空轨迹数据建模及应用研究的快速发展,时空轨迹数据应用于特定领域建模的研究引起人们的广泛关注.但是,由于时空轨迹数据所反映的现实世界的多元性和复杂性以及时空轨迹数据的海...     

四旋翼自主飞行与轨迹跟踪控制

研究四旋翼自主飞行控制和轨迹跟踪控制。建立四旋翼动力学模型,通过实验测量与曲线拟合测得旋翼升力和力矩系数。在姿态控制中引入加速度反馈控制,增加闭环零点提升系统稳定和快速跟踪能力,抵消不确定干扰影响。提出一种基于切向速度和法向位置误差反馈控制的轨迹跟踪控制策略,对设定轨迹进行分段逼近跟踪,通过室外轨迹跟踪飞行试验,验证控制策略设计的有效性。     

自动驾驶环境下交叉口车辆路径规划与最优控制模型

自动驾驶环境下的交叉口基于车车/车路之间的双向信息交互, 能保障自动驾驶车辆相互穿插与协作地通过交叉口, 而无需信号灯控制. 因此, 如何设计高效的面向自动驾驶车辆通行的交叉口管控模型, 已成为研究的热点. 已有研究在建模时, 均基于自动驾驶车辆在交叉口内部的行驶路径已知并作为模型输入, 且大多对交叉口内部的冲突点进行简化. 本文首先将交叉口空间离散化处理, 考虑车辆的实际尺寸并面向非常规交叉口, 使用椭圆曲线建立转弯车辆行驶路径的精确轨迹方程, 再通过外边界投影降维法建立轨迹方程和交叉口空间的映射关系. 建立了基于混合整数线性规划(Mixed integer linear programming, MILP)的自动驾驶交叉口管控模型, 以交叉口总延误最小为控制目标, 同时优化车辆在交叉口的最佳行驶路径和驶入时刻, 使用AMPL (A mathematical programming language)对模型进行编译并使用CPLEX求解器求解. 与经典感应控制和先到先服务模型进行对比, 结果表明, 本文所提出模型能对车辆进入交叉口的时刻和行驶路径进行双重优化, 显著降低自动驾驶车辆通过交叉口的车均延误, 提高交叉口空间的利用效率.     

制导弹药方案弹道跟踪与控制

研究飞行制导优化问题,针对一种旋转制导炮弹,为了保证弹道跟踪的精确性.提出设计输出指令为加速度值的高性能非线性制导律,并采用过载控制方案设计了制导控制系统.选择弹道上的参考点,利用GPS得到的制导弹药飞行位置及速度信息,得出一种非线性过载制导信号控制飞行器跟踪曲线弹道.采用非线性过载制导指令作为制导外环,加速度自动驾驶仪作为控制内环,根据变结构控制理论设计了自动驾驶仪.对设计的制导控制系统进行了数字仿真.仿真结果表明,非线性制导律及加速度自动驾驶仪能够保证制导弹药准确地跟踪设计轨迹,使跟踪误差处于合理范围内.