无人机航迹规划是典型的多目标优化问题, 传统的线性加权和法需反复迭代以确定一组满足工程特性需求的目标权重系数。物理规划方法通过构造偏好函数直接反映规划人员对航迹规划各目标的特性需求, 避免了因为反复迭代确定各目标权重系数所导致计算量大的缺陷, 因此,将物理规划方法与粒子群优化算法相结合用于无人机多目标航迹规划。仿真实验验证了该航迹规划方法能够获得各目标偏好结构下的折中解。

针对航电系统中的大容量高带宽存储和机载模块通用性问题, 通过研究机载存储系统架构, 提出了通用扩展机载存储系统架构, 满足机载存储模块的通用性需求。在分析该架构下SIL3132控制器工作原理和机载存储系统关键技术基础上, 设计并实现了基于VxWorks的大容量机载存储系统驱动,最后对大容量机载存储系统的读写性能进行仿真分析, 结果表明大容量高带宽存储系统是一种高效的机载存储系统。

多无人机系统中,系统状态的一致性是实现多无人机分布式协同控制的基础, 一致性控制算法是多无人机系统实现状态一致的有效方法。通信约束条件下, 无人机平台基于局部交互信息, 通过一致性控制算法, 控制系统状态演化一致。为解决改变通信拓扑结构和多跳路由通信的不可操作性问题, 引入状态差值和预测状态,设计新的快速一致性控制算法。给出新算法收敛性和快速性的相关定理,并进行了严格的数学证明, 在分布式协同控制结构下实现多无人机快速任务协同。理论分析和仿真实验验证了算法的可行性和有效性。

对机载雷达作战实验仿真是提升雷达和电子战系统作战能力、验证战术方法的有效手段。按照仿真粒度的不同, 采用多域分层的思想, 构建作战域、实体域、信息域和物理域的作战实验仿真系统层次结构; 将战术过程抽象为作战实体状态变化过程, 采用时间-实体-任务-顺序的思想将电子战交互进程转变为实体变量组状态变化过程, 实现了战术组件化; 建立了不同重频下信号检测模型; 分析了仿真实验的设计方法和时序过程; 最后, 结合典型的雷达对抗实验, 对比单一干扰样式和复合干扰样式的干扰效果, 验证了作战实验仿真系统的有效性。

针对六旋翼飞行器的执行机构失效故障, 提出一种基于滑模和控制分配方法的容错控制方案; 采用了分层设计结构, 将基本控制律设计与控制分配律分为两个独立的部分, 针对系统建模不确定性与外界干扰, 设计滑模控制律, 提高了系统的鲁棒性, 运用控制分配方法, 在飞行器发生失效故障甚至卡死故障时, 在线调解控制分配矩阵, 减小故障机构对整体飞行性能的影响。仿真结果验证了所提容错控制的正确性和有效性。

针对传统的鲁棒控制和自适应控制都是基于精确模型的控制设计思想, 仅仅能够实现对含有足够小的或者恒定不确定性的系统进行控制的弱点, 提出了一种基于数据的无模型自适应控制方法——去伪控制。该方法只需利用采集的数据, 不依赖于系统模型, 所设计的控制器形式简单, 适合实时在线应用。介绍了该控制方法的基本理论, 将其应用到实时PID参数自适应调节上, 并在系统有干扰的情况下进行了仿真研究。仿真结果表明, 该算法在系统扰动的情况下具有很好的鲁棒性, 研究结果表明了该控制方法的可行性和有效性。

航空自导深弹是固定翼反潜飞机的重要攻潜**, 深弹攻潜效能仿真分析是航空反潜作战效能研究和作战使用的重要依据。通过研究固定翼反潜飞机使用航空自导深弹攻潜的过程, 建立机载搜潜传感器、机载火控系统模型、航空自导深弹空中弹道、水下探测与命中模型、目标潜艇水下运动模型。采用蒙特卡罗法计算仿真固定翼反潜飞机使用航空自导深弹攻击水上、水下状态潜艇的过程, 分析各种深弹攻潜参数对毁伤概率的影响, 最终提出了固定翼反潜飞机航空自导深弹攻潜的最优攻击参数。

针对作战智能体多编组协同作战中任务分配的动态优化问题, 考虑到空中突击作战中部分任务的时间窗口属性和编组资源能力损耗的特点, 建立了以任务执行效率为目标、满足上述约束问题的数学模型。设计了一种改进快速模拟退火对动态优化模型予以求解, 给出解方案表达、邻域解生成、冲突消解等步骤, 采用高温随机贪婪搜索、回火技术、禁忌设计和精英保留策略, 避免算法陷入局部最优, 提高算法的计算效率。仿真表明, 所提方法可对多编组任务分配动态优化模型进行快速有效求解。

针对高分辨距离单元内目标散射点的复杂特性, 从散射点模型理论出发, 对目标散射点模型进行深入研究, 分析了传统目标特征提取算法的局限性。给出了一种改进的特征提取方法, 该方法首先对距离单元内的散射点进行预处理, 去除噪声、强化有用信息, 然后对有效的距离单元进行特征提取。基于实测数据的仿真实验结果表明: 该方法能够准确反映目标的几何位置信息, 在减小计算量的同时能获得较高的识别率。

介绍了美国空军和海军发布的下一代战斗机信息征询书, 即“下一代战术飞机能力要求信息”和“2030 年舰载攻击战斗机的关键能力需求调研”, 并对这两份信息征询书进行了比较。认为: 这两份信息征询书都代表了美国军方的观点, 通过比较分析, 可以从实证的角度得到很多美国军方关于六代机的真实想法, 另外, 这种基于实证的研究方法为国外六代机的研究提供了一个新的研究途径。

对无人飞行器编队协同干扰式突防问题进行了描述。基于有限状态机设计了管理编队协同突防中离散事件的编队管理器, 负责接收外部指令、参考点位置、邻居状态以及无人飞行器自身的状态, 并对编队控制律进行切换, 对编队协同干扰突防进行分析并确定了自动编队控制的流程。仿真结果表明, 所设计的编队管理器能够根据各离散事件自动切换编队控制律, 完成编队队形保持与重构之间的转换; 实时解算的期望位置满足协同干扰突防所要求的编队构型约束条件, 所提出的方法是可行、有效的。

针对运用欧拉角建立的垂直发射拦截导弹初始转弯阶段运动学方程存在奇异点的特点, 通过忽略空气动力的作用, 在仅考虑燃气舵的作用下,采用四元数法建立了垂直发射拦截导弹的非线性数学模型。考虑到系统模型存在着非线性、不确定性、参数大摄动和忽略空气动力产生的未知外部扰动, 利用自抗扰控制器(ADRC)不依赖精确的数学模型,并且可以动态补偿系统模型不确定和外部干扰的特点, 设计了一种基于四元数的自抗扰姿态控制器。仿真结果表明, 所设计的自抗扰姿态控制器具有良好的动态特性和强鲁棒性。

根据无人机的飞行任务需要, 提出一种适用于无人机的地形匹配辅助导航系统。该系统采用TERCOM算法和SITAN算法相结合的地形匹配组合导航算法, 以满足无人机机动飞行情况下连续匹配的要求。为验证系统的有效性, 根据真实地形数据, 建立由数字飞机、飞行控制系统、惯性导航系统和地形匹配系统组成的闭环仿真平台, 研究了不同飞行条件对导航精度的影响。仿真结果表明, 该系统能够有效提高无人机的自主导航精度, 具有较高的工程实用价值。

提出一种基于粒子群优化算法的控制分配算法的重构控制策略。利用粒子群优化算法的实时性、高效性等优点, 选择出符合最优性能指标要求的控制输入量, 解决控制分配算法问题。当操纵面出现一个或多个损伤、失效等故障时, 飞行控制系统能实时地调节控制效率矩阵, 从而对各操纵面进行再分配, 实现重构控制。仿真表明, 该策略在飞行器遇到故障时能快速地调整, 降低对故障操纵面的使用, 协调其他操纵面及时解决故障问题, 从而保证飞行器的正常工作。

针对常用的拼接缝消除方法在图像间灰度差较大的情况下适用性差,甚至会导致新灰度突变的问题, 提出一种新的拼接缝消除方法。首先以拼接缝两侧相邻像素的改正比值为基准比值, 再将其分别在改正范围内逐渐过渡得到其他像素的改正比值, 然后沿拼接缝方向对改正比值进行卷积平滑以避免条纹状的改正痕迹现象, 最后与原图像加权融合得到无缝的结果图像。实验结果表明, 算法既实现灰度的平滑过渡又较好地保持了原图像的灰度特征, 与原图像的相似度和吻合度更高, 结果图像具有良好的视觉效果和较高的图像质量, 尤其对灰度差增大的情况仍能得到令人满意的结果。此外, 根据拼接缝两侧平均灰度差值提出一种改正范围与灰度差成正比的自动确定改正宽度的方法, 算法可行、有效, 具有较强的适用性。

对导弹退化故障预测方法进行了研究, 对测试数据进行统计推断, 确定了测试数据的分布规律, 并针对导弹测试数据分布参数存在小样本、非线性等特点, 应用最小二乘支持向量机预测算法对测试数据的分布参数进行预测, 确定了测试数据未来某一时刻的分布函数, 进而建立了导弹退化故障预测模型,得出了导弹未来一段时间内的退化故障概率。通过实例分析, 验证了退化故障预测模型的合理性。

针对飞行器长时间飞行时, 低精度陀螺、加速度计和磁强计组成的航姿系统容易受到运动加速度的影响而导致姿态精度较低, 甚至发散的问题, 将载体机动加速度描述为当前统计模型, 将目前常用的6状态无迹卡尔曼滤波扩展为9状态, 其状态变量包括3个修正罗德里格参数、三轴陀螺零偏误差和三轴载体机动加速度, 量测量为三轴加速度计输出和三轴磁强计输出。实验结果表明, 当飞行器长时间机动飞行时, 9状态无迹卡尔曼滤波可以估计载体的机动加速度, 保证姿态测量精度。

针对长码直接序列扩频卫星信号信噪比低、多普勒频率影响明显、码周期长等特点, 提出了一种非合作情况下长码直扩卫星信号载频检测和功率估计的方法。该方法通过在本地NCO中加入多普勒频率一阶导数信息来抑制多普勒频率的影响; 在检测电路中加入“超前-滞后”结构, 以防止频率测量值在频率及其一阶导数构成的二维平面上沿脊线发生偏移,并利用最小二乘方法对频率进行预测,以减小搜索范围。仿真结果表明, 所提方法能够较好地减小多普勒频率引起的估计偏差, 检测信噪比达到-21 dB。

提出了一种基于边界扫描技术的模拟集成电路内建自测试方案。该方案依照IEEE 1149.4边界扫描测试标准, 在添加极少电路元件的基础上, 增加了电路性能测试单元(FTM), 能够充分利用电路系统中已有数模混合资源, 通过控制器内部向被测电路施加激励, 完成模拟集成电路的功能性测试。采用Cyclone II系列芯片EP2C35F672C8实现测试系统设计, 并以模拟集成滤波芯片MAX292为被测核心电路展开实验, 其频率特性的测试结果表明了该测试方案的正确性和系统测试的有效性。

为了定量分析卫星无源探测技术的定位方式和精度, 对某空间飞行器主动段的轨道估计和误差分析问题进行了研究。基于卫星简化运动方程, 采用四阶龙格-库塔算法对观测卫星任意时刻位置进行解算; 利用最小二乘法对观测数据进行拟合, 保证仿真过程数据的时间一致性; 选取合适的质量和速度模型, 建立空间飞行器基于双星无源探测的主动段三维交汇定位模型和运动方程模型; 基于模拟数据给出估计轨道曲线并对三轴指向误差进行分析, 提出采用改进粒子群算法对差量进行实时计算和空间飞行器轨道修正。仿真结果表明, 经过系统误差修正, 空间飞行器轨道误差降低到1 m级水平。