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基于测地线的航天器集群隐蔽机动轨迹规划

宇航学报 2024年第4期45卷 513-522页

作者：王璟贤白玉铸陈致钧郑中旭赵勇陈小前国防科技大学空天科学学院长沙410073 军事科学院北京100091

针对航天器集群隐蔽机动问题,提出一种基于测地线的航天器集群轨迹规划方法。该方法将轨迹规划问题抽象到微分流形拓扑空间中,通过数学定义赋予空间结构度量。首先将集群的运动约束、避撞约束以及隐蔽构型约束等非凸约束集成到度量中,... 详细信息

针对航天器集群隐蔽机动问题,提出一种基于测地线的航天器集群轨迹规划方法。该方法将轨迹规划问题抽象到微分流形拓扑空间中,通过数学定义赋予空间结构度量。首先将集群的运动约束、避撞约束以及隐蔽构型约束等非凸约束集成到度量中,避免增加系统维度的同时无需进行约束凸化处理。进一步定义了一个依赖于流形度量的目标泛函,利用同伦变换将泛函局部极值问题转为偏微分方程求解问题。数值仿真结果表明,相比于模型预测-序列凸规划算法,该方法在解决了隐蔽机动非凸多约束问题的同时,具有不依赖于初始猜想、集群内部隐蔽覆盖性高和系统控制输入小的特点,能够为航天器集群提供有效的隐蔽机动轨迹。

关键词：航天器集群测地线隐蔽机动轨迹规划黎曼度量

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航天器隐蔽机动:概念、原理与方法

宇航学报 2024年第7期45卷 1065-1077页

作者：郑中旭白玉铸陈致钧董默楠赵勇陈小前国防科技大学空天科学学院长沙410073 军事科学院北京100091

以维护航天器本体信息与状态信息安全为牵引,提出了航天器隐蔽机动的概念,阐述了相应的原理与方法。围绕单航天器隐蔽机动、航天器反监视博弈以及多航天器协同隐蔽机动等方向,探讨了基于数值方法、避障方法、运动伪装方法、博弈论以及... 详细信息

以维护航天器本体信息与状态信息安全为牵引,提出了航天器隐蔽机动的概念,阐述了相应的原理与方法。围绕单航天器隐蔽机动、航天器反监视博弈以及多航天器协同隐蔽机动等方向,探讨了基于数值方法、避障方法、运动伪装方法、博弈论以及编队轨迹规划方法等的求解框架及其在航天器隐蔽机动问题中的应用,为航天器隐蔽机动的轨迹规划与控制方法发展奠定了初步基础,为航天任务的隐蔽提供了一种新的解决思路。

关键词：隐蔽机动空间目标监视轨迹规划反监视博弈协同隐蔽

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基于体积激励法的推进剂剩余量测量研究

中国科学：技术科学 2024年第7期54卷 1379-1389页

作者：陈小前杨延杰黄奕勇张翔韩伟傅娟李晓龙军事科学院北京100071 军事科学院国防科技创新研究院北京100071 军事科学院系统工程研究院北京100141 中国空气动力研究与发展中心绵阳621000

卫星推进剂剩余量的准确测量技术,是航天领域长期的技术难题.体积激励法是一种高精度的推进剂剩余量测量方法,具有重复性好、可靠性高、耗能低等特点,在卫星贮箱推进剂剩余量的精确测量中具有广泛应用前景.本文在介绍体积激励法基本原... 详细信息

卫星推进剂剩余量的准确测量技术,是航天领域长期的技术难题.体积激励法是一种高精度的推进剂剩余量测量方法,具有重复性好、可靠性高、耗能低等特点,在卫星贮箱推进剂剩余量的精确测量中具有广泛应用前景.本文在介绍体积激励法基本原理的基础上,分析得出低频激励(<0.1 Hz)有利于提高测量精度.研制了地面验证原理样机,完成了低频激励对测量结果影响的地面试验验证.在此基础上,设计研制了真实推进系统推进剂剩余量测量的试验样机.试验结果表明,对真实推进系统中的贮箱采用低频激励(约0.05 Hz),体积激励法测量可重复性能达到0.38%、测量精度能达到0.6%,能够实现推进系统中推进剂剩余量的精确测量.

关键词：推进剂剩余量体积激励法激励频率测量误差

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基于近似思想的增广PF研究

系统仿真学报 2012年第7期24卷 1401-1405,1411页

作者：曹璐陈小前国防科技大学航天与材料工程学院长沙410073

由于传统的增广卡尔曼滤波方法难以有效解决带有未知参数估计的强非线性、非高斯动力学问题。针对这一问题,在对粒子滤波算法研究的基础上提出了基于近似思想的增广粒子滤波方法。这一方法利用高斯随机游走模型对未知参数进行增广建模,... 详细信息

由于传统的增广卡尔曼滤波方法难以有效解决带有未知参数估计的强非线性、非高斯动力学问题。针对这一问题,在对粒子滤波算法研究的基础上提出了基于近似思想的增广粒子滤波方法。这一方法利用高斯随机游走模型对未知参数进行增广建模,再通过粒子滤波方法进行状态估计。为了提高观测新息的利用率,提出了一种新的重要性函数;针对高斯随机游走模型方差不断增大的问题,采用了修改后的Kernel平滑模型进行解决;对粒子重采样方法进行了修改,采用了混合重采样的策略,增强了粒子活性。通过算例进行仿真,验证了算法的有效性。

关键词：粒子滤波算法参数估计近似思想滤波

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一种针对分离模块航天器系统的分层优化方法

宇航学报 2013年第9期34卷 1207-1214页

作者：唐宇陈小前姚雯国防科学技术大学航天科学与工程学院长沙410073

针对分离模块航天器系统优化中存在计算量大、算法复杂度高的问题,提出了一种基于分层的分离模块航天器系统优化方法。该方法将系统优化问题分解为三个层次进行,顶层规划模块数和轨道高度,中间层优化组件配置,底层优化运载发射方案。其... 详细信息

针对分离模块航天器系统优化中存在计算量大、算法复杂度高的问题,提出了一种基于分层的分离模块航天器系统优化方法。该方法将系统优化问题分解为三个层次进行,顶层规划模块数和轨道高度,中间层优化组件配置,底层优化运载发射方案。其中顶层嵌套调用中间层,中间层嵌套调用底层,底层直接计算求解最优运载发射方案,避免了直接基于分离模块航天器全寿命周期仿真来优化运载发射方案。应用该方法对虚拟对地遥感分离模块航天器进行优化,结果表明,优化过程简单,计算量小,算法复杂度低,优化效果显著。

关键词：分离模块航天器分层优化运载发射方案优化组件配置优化模块数与轨道高度优化

三维实验固体火箭冲压发动机燃烧室湍流反应流数值模拟

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国防科技大学学报 2002年第5期24卷 1-4页

作者：余勇陈小前王振国国防科技大学航天与材料工程学院湖南长沙410073

在对固体火箭冲压发动机的研究中 ,建立合适的数学模型对其内部工作过程进行模拟是冲压发动机设计和试验的重要环节。本文在三维湍流反应流情况下 ,对某实验固体火箭冲压发动机建立了数学模型并进行数值求解 ,得出了一些有用的结论。

关键词：燃烧室数值模拟固体火箭冲压发动机三维湍流反应流流场模拟数学模型

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基于不确定性MDO的卫星总体优化设计研究

宇航学报 2009年第5期30卷 1808-1815,1833页

作者：姚雯陈小前赵勇国防科技大学航天与材料工程学院长沙410073

为了提高卫星总体设计质量,对基于不确定性多学科设计优化(UMDO)的卫星总体设计方法进行研究。首先提出了卫星总体的UMDO流程,重点对组织实现UMDO的优化过程进行了深入讨论。然后以某遥感小卫星的总体设计为例,对其UMDO数学问题进行了表... 详细信息

为了提高卫星总体设计质量,对基于不确定性多学科设计优化(UMDO)的卫星总体设计方法进行研究。首先提出了卫星总体的UMDO流程,重点对组织实现UMDO的优化过程进行了深入讨论。然后以某遥感小卫星的总体设计为例,对其UMDO数学问题进行了表述,采用UMDO优化过程对优化问题进行了组织与求解。优化结果表明,通过UMDO方法进行设计优化,能够在提高设计方案目标性能的同时,有效提高方案的稳健性和可靠性,验证了UMDO在卫星总体设计中快速形成稳健、可靠的优化方案的可行性和有效性。

关键词：卫星总体设计不确定性不确定性多学科设计优化

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地球同步轨道卫星群在轨加注任务规划

宇航学报 2010年第12期31卷 2629-2634页

作者：欧阳琦姚雯陈小前国防科学技术大学航天与材料工程学院长沙410073

以地球同步轨道卫星群为研究对象,开展"多对多"在轨加注任务规划问题研究。首先建立了任务规划的数学模型,该任务规划属于多目标规划问题,求解过程中需要解决TSP问题。其次,给出了该规划问题的求解方法及流程,采用遗传算法进行求解并设... 详细信息

以地球同步轨道卫星群为研究对象,开展"多对多"在轨加注任务规划问题研究。首先建立了任务规划的数学模型,该任务规划属于多目标规划问题,求解过程中需要解决TSP问题。其次,给出了该规划问题的求解方法及流程,采用遗传算法进行求解并设计了相应的遗传算子。最后,选取了14颗地球同步轨道卫星作为目标星进行求解,并在小角度近似条件下对计算结果进行了分析,计算结果验证了算法的有效性。

关键词：在轨加注多目标规划遗传算法

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提升机构微型燃气发生器的探索研究

推进技术 1999年第5期20卷 44-47页

作者：陈小前杨涛王振国国防科技大学航天技术系长沙410073

介绍了一种宇航用的利用产生燃气做功并通过提升机构完成提升动作的微型燃气发生器的设计。建立了描述燃气发生器内部流场的数学物理方程。通过数值方法模拟了燃气发生器内部的燃烧和流动以及提升机构的运动过程。由模拟结果及理论分析... 详细信息

介绍了一种宇航用的利用产生燃气做功并通过提升机构完成提升动作的微型燃气发生器的设计。建立了描述燃气发生器内部流场的数学物理方程。通过数值方法模拟了燃气发生器内部的燃烧和流动以及提升机构的运动过程。由模拟结果及理论分析来指导药柱的设计，

关键词：燃气发生器升降机流动特性固体推进剂