某飞行器级间分离气动力/约束力/飞力综合建模与仿真

飞行力学模块、约束力模块和气动力模块是构成飞行器级间分离建模仿真的三个主要部分。这三个部分相互耦合,给求解带来困难。为解决这类仿真问题,提出一种综合建模方法。该方法包括:飞行力学运动方程;CFE(Constraint Force Equation)方法求解约束力;CFD(Computational Fluid Dynamics)方法求解气动力和碰撞分析。其中,气动力模块计算得到气动载荷,输入到约束力的计算中;约束力模块得到的飞行器速度和角速度输入到飞行力学模块,经积分得到位置和姿态信息;而这些速度、位置和姿态信息又反馈到气动力模块中,构成一个回路。碰撞分析模块用来计算仿真终值条件。     

基于雷达极化理论的弹丸飞行姿态电磁散射特征

针对用线极化天线测速雷达测量弹丸飞行姿态问题,利用电磁理论推导并分析了底部刻槽弹丸的姿态特征参数。首先由雷达电轴与刻槽弹丸对称轴之间的关系,建立弹体散射矩阵,得到散射场的粗略表示,说明刻槽测量姿态的原理;其次,利用理想导体上无限长窄槽的表面等效磁流的近似表达式,详细推导了凹槽散射的远场表达式;再次,比较了刻槽后平行极化与垂直极化的远区散射场,用解析法和数值法仿真了不同飞行姿态下刻槽对弹丸散射回波的调制作用并与实测数据进行了比较,数值仿真了姿态特征参数的单调性;最后,对姿态特征参数的增强方法进行了简要的讨论和展望。仿真结果表明,在一定章动角范围内,该姿态特征参数能够表征弹丸的飞行姿态,具有相对稳健性和单调性。     

稀薄流区的多弹协同编队构型生成策略设计

针对多枚子弹在稀薄大气层的编队飞行控制问题,进行了相关研究。基于反作用控制系统(reaction control system, RCS)的姿轨控制技术,提出一种新的协同编队策略,满足所需的空间构型约束,以实现对目标的精确定位。考虑最优空间构型约束,完成了协同制导方案设计,并利用经典的比例积分微分(proportion integration differentiation, PID)控制律实现了对子弹姿态的稳定跟踪和控制。采用脉宽脉频(pulse width pulse frequency, PWPF)调制技术将连续的控制量转换成等效的喷管开关指令,在保证姿态稳定控制的前提下有效减小了发动机的燃料消耗。仿真结果表明,该协同制导控制策略可保证子弹在飞行过程中的姿态稳定,并使其空间构型逼近最佳构型。     

三轴稳定质量矩拦截器的末制导律设计

针对大气层内的机动飞行目标,提出了一种可用于质量矩拦截器末制导段的比例制导律。通过建立三轴稳定质量矩拦截器的数学模型,得到一个非线性动力系统。考虑到法向过载变化比较灵敏的特点,以姿态角及过载的误差作为指标函数,采用遗传算法对PD控制参数进行寻优设计,建立了滑块位置与过载、姿态角的关系。仿真结果表明,该方法在保证姿态稳定的情况下能有效实现拦截器末段的制导控制,且满足一定的精度要求。     

德尔它运载器数字控制系统的研制

本文介绍了为NASA德尔它运载器研制数字飞行控制系统所采用的方法。在本文讨论的德尔它运载器数字控制系统中,两个控制级仅用一个敏感器。这种敏感器既可用来作为姿态基准,又可给出稳定飞行用的角速率信息。在采用单敏感器条件下通过综合数字滤波器来提供适当的稳定裕度。本文也介绍了从提出系统技术要求到进行飞行计划的研制过程。     

连续时间广义预测控制在纵向飞行控制中仿真

导弹的飞行主要是通过姿态稳定和调节实现的。当导弹在大空域内进行飞行时,系统存在着严重的非线性和复杂性等不确定性因素,采用离散的控制算法进行控制,在高采样速率情况下,产生控制抖动问题。提出了连续时间控制方案,通过以小扰动模型为基础的导弹动力学特性分析,设计了导弹纵向飞行通道的全空间串级控制结构,并且以连续模型作为预测控制的被控对象,弹道外回路和姿态内回路均采用连续时间广义预测控制算法。仿真结果表明,该控制方案能实现高精度的控制要求,并且有效的克服了控制抖动。     

基于一致性算法的卫星编队姿轨耦合的协同控制

针对卫星编队一主多从结构的相对轨迹、姿态的协同控制问题,提出了一种基于Lyapunov方法的编队飞行协同控制策略。该控制策略将分布式控制思想引入卫星编队飞行的相对轨迹、姿态的动力学系统中,使各从星保持编队构型的同时沿期望轨迹相对主星绕飞。从理论上证明了系统的渐近稳定以及对外部干扰的抑制,并基于一致性算法理论定量地分析了通信拓扑结构为有向图情况下控制器参数的选择范围。此外,利用星星间的相对位置信息确定各从星的期望姿态和角速度,以确保对卫星编队进行姿态协同控制,达到跟踪同步的目的。最后将提出的算法应用于卫星三角形编队飞行的协同控制,仿真结果表明该方法的可行性与有效性,具有潜在的应用前景。     

基于VRML和目标航迹的视景仿真方法

基于VRML技术建立了虚拟目标和场景的可视化模型;采用三次样条插值方法对输入航迹进行了平滑和可飞性检验,并计算出了相应的姿态数据;利用虚拟现实工具箱提供的Matlab接口驱动虚拟目标进行六自由度运动,同时控制模拟CCD进行实时跟踪,完成了对飞行过程的视景仿真。实验表明,该方法不仅得到了实用的航迹和姿态数据,而且直观生动的描述了飞行过程,为相关理论研究奠定了良好的基础。     

串置翼垂直起降无人机过渡机动飞行控制

针对新型串置翼布局推力矢量无人机在垂直起降、过渡机动飞行过程中强非线性、强耦合及控制冗余的问题,采用动态逆控制方法设计全局控制系统,无需针对不同飞行模式切换控制策略。在此基础上,提出二级递进式控制分配策略,将序列二次规划、链式递增方法相结合,对航迹回路和姿态回路的控制量进行综合优化分配。同时,根据任务需求及飞行状态,基于离线数据库在线实时更新直接力控制分配目标函数权值。采用松弛约束策略,局部放宽非线性优化问题约束,增加优化求解速度。仿真结果表明该控制器能够有效跟踪高机动目标航迹。     

基于Hermite插值的无陀螺惯导姿态解算方法

为了提高无陀螺捷联惯导(GFINS)的姿态矩阵解算精度,提出了一种新的姿态矩阵的解算方法.通常GFTNS姿态解算仅需依靠角速度信息,同时利用角速度和角加速度信息进行姿态求解,采用三阶艾尔米特插值方法进行离散角速度插值重构,利用重构后的角速度信息进行姿态矩阵求解.分析了新算法的基本步骤,并进行了典型圆锥运动仿真实验.结果表明,在仿真时间为5s,采样步长为0.00ls时,采用新方法求解姿态矩阵的精度提高45%以上.     

头盘微小间隙动态浮动理论研究

本文对微小浮动间隙的磁头浮动块的动态浮动性能进行了仿真计算。在考虑头盘碰撞的基础上,分析了磁头浮动块对冲击的响应。分析结果表明:在微小浮动间隙的头盘系统中,盘片表面粗糙度和外界干扰冲击对浮动块的浮动性能影响较大。新的动态浮动理论中,必须包含头盘磁撞的研究。     

SR-UPF在探测器自主光学导航中的应用研究(英文)

提出了一种用于探测器在巡航段的自主光学导航方案,该方案利用光学导航相机以及星敏感器,通过测量星光信息以及天体边缘的信息,得出了探测器的相对位置.在此基础上针对导航系统状态方程和观测方程的非线性问题,提出了SR-UPF(Square-Root Unscented Particle Filter)算法,该方法将平方根UKF滤波和粒子滤波有机结合起来,可更好地提高自主导航系统的准确度和可靠性.通过数学仿真表明改进的算法与原UPF算法相比,收敛速度更快,滤波精度更高.     

侦察系统搜索目标仿真

对影响搜索系统搜索能力的因素进行了分析，根据作战地区的地形数据，研究了地面侦察系统搜索地面目标或低空飞行的空中目标通视面积的计算方法，根据光学镜的特性及光学镜与目标之间的关系，给出了计算目标在光学镜视场内停留时间的计算方法。     

基于AEKF的高速自旋飞行体组合导航方法

针对高速自旋飞行体运行过程中噪声特性无法准确获取的问题, 提出了基于改进自适应扩展卡尔曼滤波(adaptive extended Kalman filter, AEKF)算法对量测噪声进行自适应调节, 并在扩展卡尔曼滤波(extended Kalman filter, EKF)的基础上提出了一种基于对状态变量新的建模方式的EKF算法, 提高算法的实时性。采用北斗/捷联惯性导航系统(strapdown inertial navigation system, SINS)组合导航方案, 在EKF的基础上, 引入带遗忘因子的噪声估计器, 通过AEKF对组合导航数据进行融合, 对量测噪声进行估计。仿真结果表明, 所提出的组合导航方法对高速自旋飞行体的姿态和位置定位误差较小, 与无改进的AEKF相比, 具有更好的收敛性。     

一种MAV航姿估计算法及其半实物仿真

配置MIMU(Micro Inertial Measurement Unit,微惯性测量单元)中的加速度计工作在倾角仪状态,利用当地的重力加速度计算MAV(Micro Air Vehicles,微小型飞行器)的姿态角。同时利用MIMU中的陀螺仪,计算载体的姿态角。提出了一种构造加权系数的方法,可以根据MIMU的特性,构造不同性能的加权系数。通过对姿态角进行加权平均,实现惯性数据的融合,对MAV的姿态进行估计。该方法既保证了飞行器稳定飞行时姿态估计的精度,避免了姿态误差随时间的积累;又保证了姿态估计系统的动态性能,减小了系统的动态误差。基于该方法搭建的微小型AHRS(Attitude and Heading Reference System,姿态航向参考系统)体积小、重量轻、精度高,特别适用于载荷与体积都有限的载体使用。     

Simulation of Head-Disk Collisions in Magnetic Disk Drives

Head disk collision models of "coefficient-of-restitution" are widely used in the head disk inter     

基于航空图像的航天光学遥感器成像的仿真

针对早期光学遥感成像模拟软件基于地面图像的情况,提出针对机载航空图像进行航天光学遥感器成像仿真的方法。以在一定高度下机载航空图像为基础,利用经验线性法进行反射率反演,借助于大气辐射传输软件MODTRAN对地面反射率图像进行大气修正,结合航天光学遥感器定标系数得到了灰度值图像。实际应用表明,利用机载光学遥感器对研究区域进行光学成像,通过系统仿真得到航天遥感图像,从而为目标识别、伪装效果检验等提供了有效的手段。     

空地光通信系统空间链路的建模与仿真

用拟合方法得出大气消光系数随高度的变化关系,进而建立激光大气传输衰减模型;以无湍流影响时到达接收机的光强为均值,根据对数振幅起伏方差求出光强闪烁方差,用高斯随机数模拟光强闪烁;建立了光扩束和视轴失配所引起的光损耗模型.在Matlab/Simulink平台上开发了仿真程序,其可作为完整的空间链路模块,在空地光通信仿真中直接使用.仿真结果与理论分析具有一致性.     

飞机全电防滑刹车系统稳定动态面控制

针对机电作动的飞机防滑刹车模型具有的高阶非线性及参数时变特点,提出一种基于障碍Lyapunov函数的动态面控制方法,实现对滑移率的上界约束,保障防滑刹车系统的稳定性。建立飞机刹车动力学模型,与机电作动器的数学模型联立得到整体刹车系统的状态空间模型,并合理简化为严格反馈形式。将刹车系统的控制稳定性问题等效描述为含输出约束的非线性系统镇定问题,设计动态面控制律并通过Lyapunov方法证明滑移率跟踪误差半全局一致最终有界,刹车工作点始终保持在稳定区域内。仿真结果表明,本文所提控制策略具有稳定性优势,且改善了传统控制存在的中低速时滑移率振荡问题,控制效果有显著提升。