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  • 一种高超声速滑翔飞行器轨迹智能预测方法
  • 张君彪, 熊家军, 兰旭辉, 席秋实, 夏亮, 张凯
  • 2022, 43 (4): 413-422. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2022.04.003
  • 摘要 ( 381 ) PDF (3021KB)(258)
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  • 针对高超声速滑翔飞行器(Hypersonic glide vehicle, HGV)机动性强、轨迹预测困难的问题,选取气动加速度作为预测参数,提出了一种基于集合经验模态分解和注意力长短时记忆网络的HGV轨迹智能预测方法。首先,以HGV六自由度运动方程为基础,分析了其机动特性和气动力变化规律,建立了动力学跟踪模型,对气动加速度进行实时估计;其次,利用集合经验模态分解对估计的气动加速度进行分解和重构,减弱噪声影响,避免对预测模型的干扰;最后,利用去噪后的气动加速度数据对注意力长短时记忆网络进行训练,进而预测未来气动加速度数据并重构HGV未来轨迹,实现轨迹的在线预测。实验仿真表明,该方法能有效预测HGV机动轨迹,预测精度高、稳定性好。
  • 高超声速飞行器控制技术研究进展与展望
  • 张远, 黄旭, 路坤锋, 白文艳, 黄万伟
  • 2022, 43 (7): 866-879. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2022.07.003
  • 摘要 ( 325 ) PDF (4980KB)(450)
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  • 针对一类包含可变构型在内的高超声速飞行器的难点,分析了工程应用需求,综述了几类典型的非线性控制方法的研究进展。首先针对高超声速飞行器的几类常见研究模型,总结了模型来源及特点;其次,以实际工程需求为出发点,分析了此类飞行器的控制难点及对于控制系统能力提出的需求;再者,总结了高超声速飞行器几种典型非线性控制及智能控制研究的基本情况和进展,并给出了各类控制方案的框架;最后,面向未来任务形式多样化、环境复杂化的飞行器控制,讨论了可以进一步研究的问题和方向。
  • 数据驱动的运载火箭氧涡轮泵异常分析方法
  • 王冠, 王婧雨, 刘巧珍, 宋征宇
  • 2022, 43 (7): 964-973. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2022.07.013
  • 摘要 ( 321 ) PDF (2428KB)(158)
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  • 基于模糊聚类和LSTM网络,提出了一种数据驱动的运载火箭发动机氧涡轮泵数据异常分析方法。通过模糊聚类对工况复杂,标签不完整的数据样本进行预分类,得到完整的标签并且分析特征贡献度,为LSTM网络的特征筛选和训练打下基础;通过LSTM网络对氧涡轮泵数据进行预测,并计算预测结果与原始数据之间的平均误差,再根据非参数阈值计算方法计算的阈值判据来判断设备是否异常,最终实现了氧涡轮泵数据驱动的故障检测报警,相较于红线阈值检测方法准确率提升7%。
  • 拦截大气层内机动目标的深度强化学习制导律
  • 邱潇颀, 高长生, 荆武兴
  • 2022, 43 (5): 685-695. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2022.05.013
  • 摘要 ( 267 ) PDF (3376KB)(254)
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  • 针对大气层内高速机动目标的拦截问题,提出了一种基于双延迟深度确定性策略梯度(TD3)算法的深度强化学习制导律,它直接将交战状态信息映射为拦截弹的指令加速度,是一种端到端、无模型的制导策略。首先,将攻防双方的交战运动学模型描述为适用于深度强化学习算法的马尔科夫决策过程,之后通过合理地设计算法训练所需的交战场景、动作空间、状态空间和网络结构,并引入奖励函数整形和状态随机初始化,构建了完整的深度强化学习制导算法。仿真结果表明:与比例导引和增强比例导引两种方案相比,深度强化学习制导策略在脱靶量更小的同时能够降低对中制导精度的要求;具有良好的鲁棒性和泛化能力,并且计算负担较小,具备在弹载计算机上运行的条件。
  • 天问一号着陆巡视器进入舱GNC系统设计与实现
  • 赵宇, 袁利, 王晓磊, 黄翔宇, 刘旺旺, 华宝成, 李茂登, 徐李佳, 王云鹏, 郝策, 李涛, 张琳
  • 2022, 43 (1): 1-10. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2022.01.001
  • 摘要 ( 243 ) PDF (3904KB)(310)
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  • 为了应对火星EDL过程的短时间、大测控时延、大冲击力学环境以及无高精度地图的特点,进入舱GNC系统开展了一系列高自主、强容错设计。全系统热备份、关键功能异构热备份的设计确保了对产品故障的自主诊断与快速处理;系统工作模式自主转换、关键模式转换多判据备份的策略提高了系统的容错能力;产品供电的自主抗冲击管理、触地开关的自主故障诊断与处理策略,确保了对火工品起爆等大冲击高动态工况的有效应对;针对背罩-组合体规避及地形障碍规避的需求,设计了一套激光产品和光学产品有机融合的避障系统及使用策略。设计了直升机挂飞等专项试验对系统设计进行验证。天问一号进入舱GNC系统在轨顺利实施了展配平翼等关键动作,完成了背罩以及地形障碍的规避,实现了3.1 km的最终着陆精度,充分证明了系统设计的正确性。

  • 空间光学望远镜在轨建造中的结构机构技术
  • 郭崇岭, 陈传志, 陈金宝, 王伟之
  • 2022, 43 (2): 158-166. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2022.02.003
  • 摘要 ( 241 ) PDF (1024KB)(282)
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  • 围绕空间光学望远镜在轨建造中的结构机构技术进行分析,重点包括结构机构相关的关键技术基本概念和技术特点,分别对大型望远镜空间结构拓扑构型优化及模块技术、光机结构机构的高精度展开调整及锁合技术、典型光机元件的在轨增材制造技术、机器人辅助自主精密装配及控制技术进行了技术内涵及先进技术途径分析。最后展望了在轨建造中结构机构技术的发展趋势及需要研究的一些技术问题,旨在为空间光学望远镜的发展提供参考。
  • 运载火箭飞行载荷联合优化控制技术
  • 袁赫, 李静琳, 宋征宇, 赵永志, 徐姗姝, 曾耀祥
  • 2022, 43 (10): 1291-1301. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2022.10.002
  • 摘要 ( 232 ) PDF (2381KB)(157)
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  • 为了解决基于模块化研制的运载火箭其飞行剖面载荷与承载能力不匹配而导致发射概率过低的问题,提出一种基于弹道风修、发动机节流、主动减载、横向动载荷精细化四项减载技术的飞行载荷联合优化控制技术。以箭体承载能力为约束,提高发射概率为目标,多种载荷控制技术联合为手段对运载火箭进行逆向设计,可以有效提高模块化研制火箭的发射概率。以长征八号运载火箭首飞为例,该技术成功将发射概率由研制初期的33%提高到83%。
  • 终端角度约束制导及制导控制一体化方法综述
  • 赵斌, 梁乐成, 蒋瑞民, 周军
  • 2022, 43 (5): 563-579. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2022.05.003
  • 摘要 ( 219 ) PDF (1228KB)(245)
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  • 针对制导武器终端角度约束下的制导方法和制导控制一体化方法进行综述。首先,对比分析了几种典型的终端角度约束定义,针对二维、三维交战场景构建了面向终端角度约束的制导及制导控制一体化设计的状态空间模型;其次,针对终端角度约束下的制导方法以及制导控制一体化设计方法进行分类、归纳总结与对比;最后,针对终端角度约束制导和制导控制一体化设计中存在的多约束落角控制、信息估计、落角范围估计、协同制导等问题进行了展望。
  • 仿尺蠖型火星车设计与验证
  • 张旺军, 党兆龙, 陶灼, 贾阳, 陈百超, 潘冬
  • 2022, 43 (9): 1143-1151. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2022.09.002
  • 摘要 ( 208 ) PDF (6013KB)(209)
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  • 针对传统被动悬架式火星车在火星复杂地形运动中可能存在的问题,设计了仿尺蠖型火星车,包括沉陷脱困设计、爬坡设计、防托底设计和抬轮设计;识别了仿尺蠖型火星车移动系统的关键参数,计算得到不同火星车抬升高度的关键参数值和一个尺蠖运动周期的位移值;计算结果表明仿尺蠖型火星车可以解决被动悬架式火星车的上述问题。对所设计的仿尺蠖型火星车开展了地面试验和飞行试验验证,地面试验验证了车轮沉陷脱困能力、越障能力和爬坡能力;作为仿尺蠖型火星车应用的实例,“祝融号”火星车成功经历了飞行试验,它在火星表面的顺利运行表明仿尺蠖型火星车设计措施有效。
  • 变形飞行器建模及控制方法研究综述
  • 王鹏, 陈浩岚, 鲍存余, 汤国建
  • 2022, 43 (7): 853-865. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2022.07.002
  • 摘要 ( 202 ) PDF (2093KB)(202)
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  • 针对变形飞行器的发展现状、气动建模、动力学建模以及控制方法研究进行了综述。首先阐述了变形飞行器的定义及变形需求,再从四个方面梳理了变形飞行器的技术优势。针对不同的机翼变形方式,对飞行器各种变形技术的特点及发展现状进行了详细的分析与总结;将变形飞行器与固定外形飞行器的气动机理进行了对比分析,并对变形飞行器的动力学建模方法进行了梳理,总结了各种方法的特点;结合变形飞行器自身特性分析了飞行控制的特点及难点,并详细阐述了各类变形飞行器的控制研究进展。最后总结分析了变形飞行器的发展趋势:深化基础理论与技术研究,从材料、结构及控制等领域全方面朝着智能化方向发展,最终实现变形飞行器的工程化、自主化、智能化应用。
  • 小推力最优轨迹协态估计的高效机器学习方法
  • 刘宇航, 杨洪伟, 李爽
  • 2022, 43 (5): 593-602. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2022.05.005
  • 摘要 ( 192 ) PDF (1632KB)(168)
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  • 针对变比冲小推力轨迹间接优化中的协态变量初值猜测问题,提出了一种基于机器学习的协态变量初值高精度高效估计方法。首先,基于标称最优轨迹延拓,建立了状态量边值高扰动上限情形下的数据集生成方法,并分析了扰动上限对求解效率的影响。然后,构建了基于位置速度、轨道根数和改进春分点轨道根数多形式状态量组合输入的人工神经网络(ANN)映射关系,分析并优化了神经网络结构。将提出的方法应用于深空探测小推力转移场景,仿真结果表明该方法相对于标称轨迹直接扰动的数据集生成方法及单一形式状态量输入的人工神经网络映射方法,均有效地提升了求解收敛率,能够高效高精度地估计协态变量初值,实现轨迹快速优化。