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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 ( 494 ) PDF (3021KB)(342)
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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 ( 428 ) PDF (4980KB)(557)
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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 ( 379 ) PDF (2428KB)(191)
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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 ( 358 ) PDF (3376KB)(294)
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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。
  • 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 ( 297 ) PDF (1228KB)(289)
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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。
  • 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 ( 291 ) PDF (2381KB)(192)
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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%。
  • 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 ( 286 ) PDF (6013KB)(244)
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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 ( 253 ) PDF (2093KB)(243)
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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 ( 245 ) PDF (1632KB)(198)
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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。
  • 自适应预测补偿的迭代制导方法及其应用研究
  • 何勇, 王健, 宋征宇, 柴嘉薪, 胡海峰
  • 2022, 43 (6): 762-771. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2022.06.007
  • 摘要 ( 240 ) PDF (2341KB)(191)
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  • 针对迭代制导完成后入轨参数或终端程序角修正问题,研究一种基于模型参考的自适应预测补偿迭代制导算法在运载火箭上的应用。该算法在经典迭代制导算法的基础上,根据预测的迭代终端程序角和飞行视加速度的参考模型,对关机点参数进行补偿,依据补偿后的终端指标重新规划飞行轨迹,进而得出满足入轨参数或终端程序角偏差修正的制导指令,提升迭代制导对入轨参数偏差或终端程序角的修正能力。此外,阐述了经典迭代制导的基本算法,概括了自适应预测补偿迭代制导算法的基本原理,并以大推力直接入轨、终端程序角大偏差以及满足终端程序角约束为例,给出相应工况的自适应预测补偿的迭代制导算法。仿真结果表明:该算法对入轨参数和终端程序角偏差具有一定的修正能力。
  • 复杂禁飞区高超声速飞行器路径-轨迹双层规划
  • 张源, 张冉, 李惠峰
  • 2022, 43 (5): 615-627. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2022.05.007
  • 摘要 ( 229 ) PDF (3458KB)(295)
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  • 针对高超声速飞行器在复杂禁飞区的规避场景,为解决现有轨迹规划方法对任务初值依赖性强的问题,提出一种基于双层规划建模的路径-轨迹规划方法。其中,上层为路径规划,为轨迹提供路径点引导信息,避免轨迹陷入局部解;下层为轨迹规划,利用上层输出的路径点信息,将轨迹分割成多个横向机动小的子段,解析求解横纵向飞行剖面,减小运动模型简化误差。数值仿真表明,与现有轨迹优化方法相比,本方法能够选择指标更优的路径,提高了轨迹规划的全局性能;解析飞行剖面制导误差不超过0.03%,解决了大范围横向机动的剖面解析难题。
  • 火箭返回制导动力着陆段的自适应启动方法
  • 袁晗, 王小军, 牟宇, 张宏剑, 张普卓
  • 2022, 43 (7): 890-901. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2022.07.005
  • 摘要 ( 225 ) PDF (2747KB)(232)
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  • 针对重复使用火箭垂直返回着陆问题,提出了一种燃料最优的动力着陆段自适应启动方法。首先,将燃料最优启动点对应的动力着陆轨迹的推力剖面和攻角剖面描述为解析的形式,该解析形式中攻角剖面由状态量唯一确定,推力剖面仅含一个待定参数。随后,通过预测具有上述解析剖面形式的轨迹判断是否启动动力着陆。计算中引入松弛终端位置约束的策略求解推力剖面待定参数,由终端位置约束判断是否满足燃料最优启动条件。上述策略将燃料最优启动条件的判断问题简化为单一变量求解问题,实现了该问题的快速求解。仿真结果表明,该方法得到的启动点与数值优化方法得到的燃料最优启动点接近,且求解过程稳定、计算效率高。
  • 空间仿生可变构智能感知网络技术
  • 王陈亮, 郭康, 朱玉凯, 袁源, 余翔, 乔建忠, 王晓军, 郭雷
  • 2023, 44 (1): 1-8. DOI: 10.3873/j.issn.1000-1328.2023.01.001
  • 摘要 ( 215 ) PDF (580KB)(219)
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  • 基于仿生集群系统感知功能与行为的视角,提出了空间感知网络的若干前沿科学问题,包括仿生可变构异构空间分布式智能感知网络设计、单星自主机动对准和协调操控、星群协同相对测量与控制等。在干扰对抗态势下,空间感知网络的生存智能需求是保持各节点的可变构型网络、异构分布式感知与协调控制,从抗扰、容错和节能等角度提出了未来智能感知网络所应具有的安全、绿色和免疫等特征。仿生空间感知网络的目标是通过可变构异构分布式星群设计,实现星群多源信息融合和“眼、耳、脑、体、群”的智能协调,提高感知网络的智能协调能力以及对于空地目标与空间态势的感知、理解、预判和机动处置能力。