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空中加油系统的建模与控制技术综述 被引量:48
1
作者 陆宇平 杨朝星 刘洋洋 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第9期2375-2389,共15页
空中加油已经成熟应用超过半个世纪,但其建模与控制技术仍是航空界的研究热点与难点之一。综合大量文献,回顾了空中加油的发展历程和战略价值所在,比较研究了2种加油方式各自的优劣,总结了近年开展的系统建模和控制相关的研究成果。基... 空中加油已经成熟应用超过半个世纪,但其建模与控制技术仍是航空界的研究热点与难点之一。综合大量文献,回顾了空中加油的发展历程和战略价值所在,比较研究了2种加油方式各自的优劣,总结了近年开展的系统建模和控制相关的研究成果。基于硬式加油与软式加油的功能互补之效,提出了借助研制大型运输机的契机发展硬式加油技术的观点。通过研究国内已经开展的相关工作及其不足之处,论证了开展系统建模与控制专项研究的必要性与积极意义。结合硬式加油系统的特点,提出了建模时应该综合考虑系统多刚体、多构型、强扰动与不确定性、受弹性形变与弹性振荡影响等特点,并提出了与之对应的伸缩管姿态控制、对接状态应力自动补偿、对接过程协同控制、抑制弹性振荡影响、半物理实验平台开发等关键问题。 展开更多
关键词 空中加油 软式加油 硬式加油 多体系统 自主会合 机器视觉 飞行控制系统 协同控制
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非合作目标交会接近的自主检测和跟踪方法研究 被引量:13
2
作者 杜荣华 张翔 +2 位作者 王宁 汪玲 张兴星 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期621-633,共13页
提出一种针对空间非合作目标交会接近的自主检测和跟踪方法。在摄像机捕获原始图像后,利用推导的主动星高精度姿态来确定摄像机的精确指向,并结合恒星星库进行初步恒星对象剔除操作,随后基于不同对象在图像中的运动轨迹差异进行目标的... 提出一种针对空间非合作目标交会接近的自主检测和跟踪方法。在摄像机捕获原始图像后,利用推导的主动星高精度姿态来确定摄像机的精确指向,并结合恒星星库进行初步恒星对象剔除操作,随后基于不同对象在图像中的运动轨迹差异进行目标的精确识别。在目标仅视线角可观测的条件下,基于相对轨道根数建立相对运动方程,并利用扩展卡尔曼滤波器(EKF)构建仅测角相对导航滤波器以推导出主动星和目标之间的相对运动状态。最后通过搭建的半物理仿真平台,对该方法在3种轨道场景中的性能进行了仿真测试,结果显示,当卫星姿态确定的指向精度在优于3″的条件下,该方法的目标检测正确率在96%以上,提出的仅测角相对导航滤波器的相对定轨精度在所测距离范围的1%以内。 展开更多
关键词 非合作目标检测 自主交会 视觉跟踪 仅测角相对导航 相对轨道根数
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航天器远程自主交会方法设计与实现 被引量:7
3
作者 李蒙 马晓兵 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期911-918,共8页
为解决未来交会对接任务的自主化问题,提出航天器远程自主交会方法。给出适用于远程自主交会的变轨策略,设计航天器上自主变轨规划算法,通过初值计算和精确解迭代两个步骤对变轨策略进行求解,获得变轨控制参数。采用拟平均根数法结合平... 为解决未来交会对接任务的自主化问题,提出航天器远程自主交会方法。给出适用于远程自主交会的变轨策略,设计航天器上自主变轨规划算法,通过初值计算和精确解迭代两个步骤对变轨策略进行求解,获得变轨控制参数。采用拟平均根数法结合平均密度法进行轨道预报,在尽量保证模型精度的同时极大降低了轨控参数求解过程中的在轨计算量。仿真结果表明,使用该方法规划的远程导引段轨道控制,可使终端精度满足指标要求,且方法简单可靠、合理可行,具有工程应用价值。 展开更多
关键词 航天器 远程 自主变轨规划 解析法轨道预报
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自主交会逼近段的模糊/PID混合控制 被引量:7
4
作者 李九人 唐国金 李海阳 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第3期774-779,共6页
采用模糊/PID混合控制技术,对自主交会逼近段的轨道控制进行了研究。将逼近段轨道控制解耦为三个独立通道的控制,并分别设计了逼近段轨道控制的模糊控制器、PID控制器和模糊/PID混合控制器。在考虑导航和控制误差情况下,对模糊控制器、... 采用模糊/PID混合控制技术,对自主交会逼近段的轨道控制进行了研究。将逼近段轨道控制解耦为三个独立通道的控制,并分别设计了逼近段轨道控制的模糊控制器、PID控制器和模糊/PID混合控制器。在考虑导航和控制误差情况下,对模糊控制器、PID控制器和模糊/PID混合控制器的轨道控制情况进行了数值仿真,并对三种控制器的轨道稳定性和燃料消耗情况进行了比较。仿真结果表明,模糊/PID混合控制器的最后逼近相对运动轨迹比模糊控制器更稳定,同时燃料消耗更少。 展开更多
关键词 自主交会 逼近段 模糊控制 PID控制 模糊/PID混合控制
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椭圆轨道航天器自主接近的制导律研究 被引量:4
5
作者 陈统 徐世杰 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期1786-1791,共6页
椭圆轨道自主交会接近制导律问题是当今空间技术领域中的一个研究不足。基于T-H方程,设计了两种仅利用相对运动信息、控制力定常的椭圆轨道自主接近制导律:滑模制导律和势函数制导律。从两种制导律的特性分析,滑模制导律对系统的运行轨... 椭圆轨道自主交会接近制导律问题是当今空间技术领域中的一个研究不足。基于T-H方程,设计了两种仅利用相对运动信息、控制力定常的椭圆轨道自主接近制导律:滑模制导律和势函数制导律。从两种制导律的特性分析,滑模制导律对系统的运行轨迹更加苛刻,而势函数制导律更加充分地利用了系统的自由运动,具有更好的控制性能。数值仿真结果也表明:对于相同的制导目标、制导时间和制导精度,势函数制导律所需的喷气开关次数和速度增量均较少。 展开更多
关键词 椭圆轨道 自主交会 制导律
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Adaptive control for autonomous rendezvous of spacecraft on elliptical orbit 被引量:4
6
作者 Shan Lu Shijie Xu School of Astronautics, Beihang University,100191 Beijing, China 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2009年第4期539-545,共7页
A strategy for spacecraft autonomous rendezvous on an elliptical orbit in situation of no orbit information is developed. Lawden equation is used to describe relative motion of two spacecraft. Then an adaptive gain fa... A strategy for spacecraft autonomous rendezvous on an elliptical orbit in situation of no orbit information is developed. Lawden equation is used to describe relative motion of two spacecraft. Then an adaptive gain factor is introduced, and an adaptive control law for auton- omous rendezvous on the elliptical orbit is designed using Lyapunov approach. The relative motion is proved to be ultimately bounded under this control law, and the final relative position error can achieve the expected magnitude. Simulation results indicate that the adaptive control law can realize autonomous rendezvous on the elliptical orbit with relative state information only. 展开更多
关键词 autonomous rendezvous Elliptical orbit Lyapunov approach Adaptive control Gain factor
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仅测角导航的自主交会闭环控制偏差分析 被引量:5
7
作者 李九人 李海阳 唐国金 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第6期705-712,共8页
基于仅测角的相对导航技术是降低航天器相对导航系统复杂性和成本的有效手段。在仅测角相对导航模式下,对自主交会闭环控制过程的状态偏差进行了分析和仿真。基于相对动力学方程,建立了以仅测角为测量参数的非合作式相对导航模型。采用... 基于仅测角的相对导航技术是降低航天器相对导航系统复杂性和成本的有效手段。在仅测角相对导航模式下,对自主交会闭环控制过程的状态偏差进行了分析和仿真。基于相对动力学方程,建立了以仅测角为测量参数的非合作式相对导航模型。采用脉冲闭环控制方式,对追踪器在仅测角导航条件下的相对导航协方差及相对运动轨迹控制协方差进行了分析。最后,采用数值仿真手段,对自主交会闭环控制过程的导航和轨迹控制协方差特性进行了分析,并通过100次Monte Carlo打靶仿真验证了轨迹控制协方差分析的正确性。 展开更多
关键词 自主交会 相对导航 闭环控制 仅测角 协方差
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非合作空间目标自主交会凸优化制导技术 被引量:5
8
作者 池贤彬 许琦 +1 位作者 李之强 岳晓奎 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第11期1248-1257,共10页
为解决非合作空间目标机动、自旋、章动等动态特性对自主交会过程带来的困难和挑战,在某飞行器姿轨控一体化推进系统配置的基础上,充分考虑各类约束后构建标准的凸优化自主交会数学模型;着重分析了非合作目标动态特性对制导误差的影响,... 为解决非合作空间目标机动、自旋、章动等动态特性对自主交会过程带来的困难和挑战,在某飞行器姿轨控一体化推进系统配置的基础上,充分考虑各类约束后构建标准的凸优化自主交会数学模型;着重分析了非合作目标动态特性对制导误差的影响,设计相应的修正策略;以原始对偶内点法作为核心求解器,设计了具备状态预测和更新能力的制导算法;数学仿真验算表明,该方法合理可行,克服了动态特性造成的接近轨迹偏差,良好地适应了非合作交会任务。 展开更多
关键词 非合作空间目标 自主交会 凸优化 制导
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基于SRUKF的偏心仅测角相对导航方法 被引量:4
9
作者 尤岳 王华 +1 位作者 Christophe Paccolat 李九人 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第11期1312-1322,共11页
针对以单个光学/红外相机作为相对导航敏感器的航天器,提出采用相机偏心安装和平方根无损卡尔曼滤波(SRUKF)两种方法,解决自主交会时中远距离和近距离全过程的仅测角导航(AON)问题。在观测相机安装时,人为设置一个分米量级的安装偏心,... 针对以单个光学/红外相机作为相对导航敏感器的航天器,提出采用相机偏心安装和平方根无损卡尔曼滤波(SRUKF)两种方法,解决自主交会时中远距离和近距离全过程的仅测角导航(AON)问题。在观测相机安装时,人为设置一个分米量级的安装偏心,按照观测距离分段建立相机观测模型并推导了观测敏感矩阵,从理论上证明了径向和法向相机安装偏心可以改善近距离v-bar相对位置保持点的观测度,并且对远距离导航精度没影响。构建了基于SRUKF的仅测角导航方法,该方法不需要强制要求初始估计误差满足小量假设和零均值高斯分布假设。经算例验证,在远距离时,采用本文提出的仅测角导航方法,其导航精度比传统扩展卡尔曼滤波(EKF)方法提高了一倍,计算负载降低了约10%;在近距离时,解决了仅测角导航v-bar相对位置保持点不可观测问题;并且当初始估计误差呈非高斯特性时,依然可以实现对相对距离的无偏估计。 展开更多
关键词 仅测角导航 自主交会 平方根无损卡尔曼滤波 非高斯噪声
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无人机空中加油自主会合制导律研究 被引量:3
10
作者 袁博 杨军 《导航定位与授时》 2015年第1期25-29,共5页
典型的自主会合制导律主要包括基于在线估计的制导律和无需在线估计的制导律两大类,其中在线估计具有计算量大,实现复杂的缺点。提出了一种无需在线估计的制导律,在此基础上,文章进行了改善,一是借鉴导弹中的带落角约束的比例导引律,实... 典型的自主会合制导律主要包括基于在线估计的制导律和无需在线估计的制导律两大类,其中在线估计具有计算量大,实现复杂的缺点。提出了一种无需在线估计的制导律,在此基础上,文章进行了改善,一是借鉴导弹中的带落角约束的比例导引律,实现了一种同时满足航向和纵向自主会合要求的制导律形式,简化了制导律设计;二是引入了相对距离反馈与速度反馈进行相对距离控制,避免了速度控制指令设计的复杂化和开环控制鲁棒性差的缺点。最后,通过一个仿真例子证明了这种制导律方案原理可行,具有一定的工程应用价值。 展开更多
关键词 无人机 空中加油 自主会合 相对距离控制
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航天器交会远程快速自主制导方法 被引量:3
11
作者 赵书阁 陈统 徐世杰 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2012年第12期1582-1586,共5页
针对近地近圆轨道航天器交会任务,设计了基于经典轨道要素的远程快速自主制导算法.对于任意初始纬度幅角偏差的远程导引,通过建立纬度幅角偏差与半长轴偏差的关系,将远程导引段分为初始轨道飞行、调相轨道飞行和调整轨道飞行3个阶段.初... 针对近地近圆轨道航天器交会任务,设计了基于经典轨道要素的远程快速自主制导算法.对于任意初始纬度幅角偏差的远程导引,通过建立纬度幅角偏差与半长轴偏差的关系,将远程导引段分为初始轨道飞行、调相轨道飞行和调整轨道飞行3个阶段.初始轨道飞行进行轨道共面修正和调相机动;在调相轨道飞行期间,进行自然调相以及调相轨道到调整轨道的机动;调整轨道飞行阶段进行追踪航天器的远地点高度和近地点高度的修正,以及再次共面修正.所有变轨机动都以制导脉冲的形式给出,并都在轨道特殊点执行.精确轨道仿真验证了远程快速自主接近制导算法的可行性. 展开更多
关键词 自主交会 远程导引 经典轨道要素
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基于θ-D方法的方位角约束自主交会控制 被引量:3
12
作者 沈昱恒 侯明善 赵启明 《宇航学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第8期1976-1981,共6页
基于θ-D方法研究了视线坐标系内带有方位角约束的自主交会控制问题。根据轨道坐标系相对运动模型,建立视线相对动力学模型。针对该模型具有非线性强耦合的特点,采用θ-D次优控制算法设计了自主交会的闭环控制方法,并讨论了加权矩阵选... 基于θ-D方法研究了视线坐标系内带有方位角约束的自主交会控制问题。根据轨道坐标系相对运动模型,建立视线相对动力学模型。针对该模型具有非线性强耦合的特点,采用θ-D次优控制算法设计了自主交会的闭环控制方法,并讨论了加权矩阵选取原则。所设计的交会最优控制方法不需要实时求解状态相关黎卡提方程和哈密顿-雅可比-贝尔曼方程,使自主交会控制获得了简易性和快速性,同时实现了对交会方位角的控制,解决了对接口指向不同方位的交会问题。最后,数值仿真验证了控制方法的有效性,克服了交会模型的非线性和参数不确定性,且对于目标圆和椭圆轨道交会任务均适用。 展开更多
关键词 自主交会 视线 θ-D方法 次优控制 方位角
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基于凸优化的自主交会迭代制导方法 被引量:3
13
作者 池贤彬 岳晓奎 李鹏 《中国空间科学技术》 EI CSCD 北大核心 2014年第1期26-34,共9页
针对目前航天器自主交会接近制导算法实时性与鲁棒性不足的问题,提出一种基于凸优化的迭代制导方法。该方法利用凸优化技术对椭圆轨道情况下有限推力的航天器相对运动动力学模型化简并进行与最优解等价的凸化处理,再运用原始对偶内点法... 针对目前航天器自主交会接近制导算法实时性与鲁棒性不足的问题,提出一种基于凸优化的迭代制导方法。该方法利用凸优化技术对椭圆轨道情况下有限推力的航天器相对运动动力学模型化简并进行与最优解等价的凸化处理,再运用原始对偶内点法进行求解,最后使用迭代制导策略对追踪航天器进行制导,大幅提高最优自主交会制导的实时性。针对自主交会最终逼近段的最优接近轨迹进行了数值仿真和蒙特卡洛打靶误差分析。仿真结果表明,提出的制导方法能有效进行最优接近轨迹的实时规划和制导,并且在超近距离交会接近情况下,相对位置制导误差为1"m量级,满足工程应用需求。 展开更多
关键词 有限推力 最优轨迹 凸优化 迭代制导 自主交会 航天器
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基于可观测性分析的单测角相对导航与闭环制导技术 被引量:2
14
作者 龚柏春 罗建军 +1 位作者 袁建平 马卫华 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第7期2411-2419,共9页
针对仅有相对角度信息的空间交会问题,进行了基于可观测性分析的单测角相对导航与闭环制导技术研究。首先,建立了系统滤波模型,并从新视角对滤波系统进行了可观测性分析,得到了系统可观测的充分条件。然后,结合多脉冲滑移安全制导策略... 针对仅有相对角度信息的空间交会问题,进行了基于可观测性分析的单测角相对导航与闭环制导技术研究。首先,建立了系统滤波模型,并从新视角对滤波系统进行了可观测性分析,得到了系统可观测的充分条件。然后,结合多脉冲滑移安全制导策略分析了单测角相对导航与制导的耦合关系,得到了耦合关系的数学表达,并利用耦合关系设计了相对导航与闭环制导方案。最后,通过Monte Carlo打靶仿真验证了该方案的有效性,并分析了不同传感器误差与初始状态误差水平下的导航与制导精度。 展开更多
关键词 可观性分析 MONTE CARLO方法 单测角 导航 制导 自主交会
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非合作目标自主交会的开关控制 被引量:2
15
作者 张凯 段广仁 《系统工程与电子技术》 EI CSCD 北大核心 2017年第6期1304-1310,共7页
针对面向非合作目标的航天器相对轨道动力学系统,研究了基于视线制导的开关控制问题。详细推导了视线相对运动模型,并定性分析了重力差项。基于相平面法,分别独立设计了横向和纵向相对运动通道的开关曲线控制算法。针对横向控制,基于比... 针对面向非合作目标的航天器相对轨道动力学系统,研究了基于视线制导的开关控制问题。详细推导了视线相对运动模型,并定性分析了重力差项。基于相平面法,分别独立设计了横向和纵向相对运动通道的开关曲线控制算法。针对横向控制,基于比例导引律设计了开关曲线,并利用李雅普诺夫方法给出了稳定性证明。针对纵向控制,采用双开关曲线,并给出了一种相应的设计方法。数值仿真分析验证了所提出的开关控制方法的有效性。 展开更多
关键词 自主交会 非合作目标 视线相对运动 开关控制
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基于Dubins路径的空中加油自主会合制导与控制 被引量:2
16
作者 龚全铨 袁锁中 张进 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2016年第8期1081-1088,共8页
针对空中加油过程中,受油机需要在最短时间内与加油机完成会合的情况,设计了一种基于Dubins路径的航路规划方法。该方法利用Dubins路径的原理,结合受油机的飞行性能和最小转弯半径等因素,计算出一条最短的会合轨迹,并给出轨迹上的预计... 针对空中加油过程中,受油机需要在最短时间内与加油机完成会合的情况,设计了一种基于Dubins路径的航路规划方法。该方法利用Dubins路径的原理,结合受油机的飞行性能和最小转弯半径等因素,计算出一条最短的会合轨迹,并给出轨迹上的预计转弯点和预计会合点作为受油机的目标路径点,这样提高了飞行效率减小会合时间。采用比例制导方法设计了受油机的制导指令,并采用基于RBF神经网络的backstepping方法设计了受油机非线性控制律。以受油机主动会合为例进行了仿真,结果表明该方法能够引导受油机实现与加油机的会合,且路径时间最短。 展开更多
关键词 空中加油 Dubins路径 比例制导 自主会合 不确定性 RBF神经网络 BACKSTEPPING控制
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空间紧急救援关键技术
17
作者 李九人 李海阳 唐国金 《导弹与航天运载技术》 北大核心 2008年第4期31-34,共4页
空间紧急救援属于空间交会对接任务的一种,但相对于一般的空间交会对接任务具有时间上的紧迫性。从空间紧急救援任务的特点出发,将空间救援的交会过程划分为发射入轨、远程调相和近距离交会等3个阶段;针对3个阶段相应地提出了大机动技... 空间紧急救援属于空间交会对接任务的一种,但相对于一般的空间交会对接任务具有时间上的紧迫性。从空间紧急救援任务的特点出发,将空间救援的交会过程划分为发射入轨、远程调相和近距离交会等3个阶段;针对3个阶段相应地提出了大机动技术、快速交会技术和自主交会技术等关键技术,并对其进行了较为系统的分析。 展开更多
关键词 空间紧急救援 大机动 快速交会 自主交会
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空间自主交会最优轨迹设计与跟踪控制
18
作者 张松 侯明善 沈昱恒 《航天控制》 CSCD 北大核心 2011年第6期28-33,共6页
研究了基于最优交会轨迹的空间自主交会跟踪控制问题。根据应变能最小原则选取空间三次最优几何Hermite曲线作为交会参考轨迹,该参考轨迹在时间固定、端点及相应切矢量给定条件下应变能最小,且构造简单,光滑性好。针对空间交会模型的强... 研究了基于最优交会轨迹的空间自主交会跟踪控制问题。根据应变能最小原则选取空间三次最优几何Hermite曲线作为交会参考轨迹,该参考轨迹在时间固定、端点及相应切矢量给定条件下应变能最小,且构造简单,光滑性好。针对空间交会模型的强耦合非线特性采用机器人控制中常用的计算力矩法设计参考轨迹跟踪控制器,实现了固定时间最优自主交会。仿真结果表明本文提出的交会策略速度增量小,计算复杂度低。 展开更多
关键词 最优交会轨迹 跟踪控制 计算力矩法 自主交会
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空间站舱内飞行器总体设计及试验方案研究 被引量:1
19
作者 师帅 李九人 +2 位作者 张海联 张高飞 曹永奎 《载人航天》 CSCD 北大核心 2018年第2期163-170,共8页
针对我国对能在空间站内部运动、完成飞行试验与在轨服务任务的舱内飞行器的研制需求,设计了一种舱内飞行器总体方案,提出了关键指标要求及子系统层级的舱内飞行器实现方案。在此基础上,对飞行器各系统包括结构、电源、综合电子、通信、... 针对我国对能在空间站内部运动、完成飞行试验与在轨服务任务的舱内飞行器的研制需求,设计了一种舱内飞行器总体方案,提出了关键指标要求及子系统层级的舱内飞行器实现方案。在此基础上,对飞行器各系统包括结构、电源、综合电子、通信、GNC等进行了设计与校核。最后,对舱内飞行器的在轨算法试验和地面测试仿真方案进行了分析与设计。方案可行性通过舱内自主交会数值仿真得到了验证。 展开更多
关键词 舱内飞行器 飞行器系统设计 在轨试验方案 自主交会
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近圆轨道自主交会中测量误差对导引精度的影响
20
作者 吕纪远 周军 刘莹莹 《西北工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第4期481-485,共5页
在自主空间交会任务中,星载量测系统的测量精度会对末端控制效果产生较大的影响。文章从自主近程导引的多脉冲控制律出发,通过解析方法分析测量误差对多脉冲控制精度的影响,并在此基础上,提出一种逆向算法以解决当指定导引的末端控制精... 在自主空间交会任务中,星载量测系统的测量精度会对末端控制效果产生较大的影响。文章从自主近程导引的多脉冲控制律出发,通过解析方法分析测量误差对多脉冲控制精度的影响,并在此基础上,提出一种逆向算法以解决当指定导引的末端控制精度要求时,如何确定相应的测量误差的允许范围才能满足所期望的控制效果。最后仿真表明,通过逆向算法获得的测量允许误差,可以理想地达到要求的末端控制精度。 展开更多
关键词 自主交会 相对导航 测量精度 控制精度 多脉冲控制
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