平视显示器(HUD)作为一种民用飞机航行新技术, 在提高民航运输安全、提高航班正点率、降低运营成本等方面能够发挥重要作用, 目前正在民航运输领域得到大力推广应用。在介绍HUD的基本工作原理、特点和功用的基础上, 研究、分析了HUD在民机上发挥的作用和优势, 以及以HUD为基础发展形成的平视飞行导引系统、增强飞行视景系统的组成、工作原理和在民机上的作用。

目前信息系统建模技术已成为作战仿真系统需要突破的关键技术, 重点研究通信系统的建模技术, 建立了通用的数据处理模型框架, 实现了战场信息传输、处理、存储、表示的规范性和一致性; 提出了完整的多分辨率通信系统建模方法, 实现了对作战仿真中通信网络、链路终端、通信节点、消息类型、通信方案的建模。在海军某作战仿真系统中得到了应用, 仿真实验表明, 通信系统模型满足作战仿真系统的作战需求, 提高了作战仿真的真实性和合理性。

针对飞行器航迹规划问题, 对基本粒子群算法进行了改进, 提出一种基于病毒粒子群优化算法的飞行器航迹规划方法。该方法结合生物病毒进化系统理论, 在基本粒子群算法中引入病毒种群, 通过执行反向代换和转导算子两种操作, 利用病毒的水平感染和垂直传播能力来维持主群体粒子种群和病毒种群之间的信息交换, 保证了航迹规划中粒子个体的多样性, 提高了算法的局部搜索能力, 解决了基本粒子群优化算法容易使粒子陷入局部最优、收敛速度慢的问题。仿真实验结果表明, 在相同的约束条件下, 所提出的方法能够更快更有效地生成满足要求的航迹。

针对LFM脉冲压缩雷达回波信号距离和多普勒频率存在耦合这一特点, 在阶梯波移频干扰的基础上, 提出了随机移频的干扰方法。在雷达回波信号中心频率正负二分之一带宽内附加随机的多普勒移频分量, 可产生分布在真实目标周围的随机假目标。随机移频干扰技术产生的假目标随机性强, 使得雷达无法通过假目标频率补偿得出真实目标的位置, 并且随机移频产生的假目标相对于雷达是部分适配的, 因此假目标在一定程度上会展宽, 当附加随机移频点接近于雷达中心频率时, 产生的假目标甚至可以覆盖真实目标, 从而达到较好的干扰效果。

建立双机协同被动探测的任务模型, 运用模糊理论对问题状态空间进行泛化, 针对不同的探测阶段给出了目标转移函数的不同形式, 通过合理定义动作空间和奖励函数将问题描述为Markov决策过程。给出了双机协同被动雷达探测的模糊Q学习算法, 并对算法进行仿真, 仿真结果表明, 该方法能够有效控制双机的飞行路径, 实现对机动及非机动目标的有效探测。

提出一种基于梯度特征的图像质量评价算法(GSIM)。该算法通过比较原始图像和降质图像的亮度、对比度和清晰度信息, 得到归一化的图像质量评价指标。对Live数据库不同类型降质图像和实验采集的激光干扰图像的评价结果表明:与PSNR相比, GSIM算法的相关性方面提高了8.5%, 准确率提高了7.6%, 一致性提高了4.8%; 与SSIM算法相比, GSIM算法的相关性方面提高了1.5%, 准确率提高了3.8%, 一致性提高了2.6%。证明了提出的GSIM算法相对MSE、PSNR及SSIM算法能准确评价交叉失真图像质量, 评价结果更符合人的主观视觉感受。在评价基于掩盖效应的激光干扰图像时, GSIM算法能克服背景强度不一致带来的影响, 评价结果能准确反映激光干扰效果。

基于一致性理论的多无人机分布式协同控制已广泛运用于无人机作战中, 通过一致性控制算法实现状态一致完成协同需求。建立了集结问题的数学模型, 基于协调变量和协调函数的分解策略进行求解。为实现协同控制的最优性, 改进了平均一致性控制算法, 采用Hamilton-Jacobi-Bellman方程给出基本优化一致性控制算法。在控制算法中引入过去状态差值, 提高控制算法的动态响应性和能量最优性; 同时采用遗传算法优化代价函数的加权矩阵, 进一步提高控制算法的动态响应性和能量最优性, 缩短了任务执行时间。理论分析和仿真实验验证了方法的有效性和可行性。

为提高“战术隐身”和“静默攻击”环境下目标的可观测性和跟踪定位精度, 研究并完成了基于滚动时域优化(RHO)的纯方位角被动测量的UAV协同最优目标跟踪问题。对于双机协同最优跟踪的情况, 观测UAV的空间相对布局对于被动定位与跟踪的质量起着极为重要的作用, 采用最优控制的思想求取最优估计的控制量, 实时调整UAV的航向, 达到最优目标跟踪, 并进行了仿真验证, 结果证明了该方法的有效性。

指挥控制系统是网络中心战实施的关键环节。通过对网络中心战指挥控制系统的研究, 提出一种基于用户驱动的指挥控制系统概念模型, 并以战役对抗为例, 实现了一种网络中心战的指挥控制系统作战流程, 并在VStasker仿真平台上进行了对抗部分的仿真和验证, 对网络中心战指挥控制系统的具体实现进行了有益的探索。

为研究多种约束条件下的高超声速滑翔式飞行器快速突防轨迹优化问题, 提出了基于hp自适应伪谱法的多段优化求解策略。建立了高超声速滑翔式飞行器的运动学模型, 用三次样条插值拟合升力系数和阻力系数。综合考虑动压、过载和热流约束, 建立了考虑禁飞区和航路点的约束模型。详细阐述了hp自适应伪谱法的求解原理, 提出了以航路点为分段点的求解策略, 最后以最小到达时间为代价函数对高超声速滑翔式飞行器再入突防过程进行了数字仿真。仿真结果表明, 基于分段求解策略的最优轨迹能够有效满足各种约束条件的限制, 达到了快速突防的目的。

目标识别问题中存在大量不确定信息, 利用BN可以对不确定信息及其相互关系进行学习与推理。但是, 目标识别问题的样本量较小, 在参数学习过程中, 常因观测数据不足产生误差, 需要引入单调性信息等专家经验, 针对这一问题, 提出最小元算法。首先, 利用最小元表达单调性信息, 将其转化为参数学习可以直接利用的先验信息; 然后, 基于保序回归思想, 对参数学习结果进行优化, 消除误差, 得到相对准确的网络参数。以空中目标识别为仿真背景, 与最小子集算法比较, 验证了该算法在准确度与复杂度等方面的优势。

针对目前运动目标航路规划存在的滞后性和计算量过大等问题, 提出一种适合于动态环境下动态目标的航路规划方法。首先, 采用卡尔曼滤波算法对目标下一步的位置进行预测, 然后, 调用D*算法以无人机当前位置为起点, 目标预测位置为终点进行航路规划。同时, 为了减少预测误差和保证高效的航路规划效率, 该方法引用了动态的目标观测周期。由于卡尔曼滤波算法是按照递推公式来预测无人机下一步状态的, 不需要很多的历史数据, 所以该预测算法不仅减少了计算量, 而且由于采用超前规划, 使算法具有了很强的实时性。从仿真结果来看, 该算法有效地缩短了航程, 减少了到达目标位置的时间。

针对红外图像和可见光图像的成像特点, 提出了一种红外与可见光图像融合方法。首先, 采用改进的区域生长法, 提取红外图像目标区域。将提取到的红外目标区域映射到可见光图像中, 进行一次局部信息融合。然后, 将第一步的融合结果与原始红外图像通过一种边缘增强的小波变换融合法得到最终的融合图像。实验结果表明, 该方法得到的融合图像红外热目标突出、背景清晰, 具有良好的目视效果。

针对地面防空**系统中多传感器分配问题, 首先研究基于Cramér-Rao下限的多传感器跟踪分配模型, 根据目标跟踪过程的特点将Cramér-Rao下限引入分配模型, 使得在进行跟踪分配时无需考虑目标跟踪滤波算法的选择, 同时通过细化约束条件使模型更加贴近实际作战情况。利用离散粒子群优化算法求解模型, 通过改进其搜索策略以及惯性权值和加权因子提高算法准确性与时效性, 给出了模型的求解步骤。关联仿真结果表明该分配方法的可行性, 并通过对比算法求解模型验证了改进DPSO算法的快速准确性。

针对通航航空电子系统的综合处理机设计过程中的传感器ICD仿真模块进行改进, 引入Matlab/Simulink联合飞行模型作为传感器仿真激励, 并使其与综合处理机交互。其优点为综合处理机接收到的各个物理量来自同一飞行模型, 使得处理机的处理结果具有实际意义; 处理机的解算输出能够与Matlab/Simulink同步算法的输出进行比较, 使得处理机的解算功能容易验证。

针对基于效能函数的传感器管理算法存在的问题, 结合集中式序贯Kalman滤波算法, 将协方差自适应传感器管理算法应用到目标-传感器(组合)配对函数的计算中, 实现了传感器与目标配对系数的赋值与自动更新; 结合目标优先级函数, 提出了一种基于效能函数的自适应传感器分配算法。该算法的仿真结果表明, 有限的传感器资源既能够根据期望跟踪精度自适应分配, 又能够根据目标优先级动态地调整, 使传感器的分配策略更加合理有效。

平视显示器字符的亮度、线宽是决定其显示性能优劣的重要参数, 良好的字符显示特性决定了平显在高强度外界光或漆黑深夜等环境下的字符可视性及观察舒适程度, 因此, 对平视显示器字符显示的发光光谱、时间特性、亮度分布、线宽等特性进行了分析与测试。测试表明, 平显为周期20 ms的脉冲式发光, 其线亮度分布为高斯分布, 平显字符亮度随眼盒内观察位置不同和视场角度不同而存在一定差异。研究结果为平显字符显示性能的提高及相应指标测试提供了理论基础。

针对战术级飞行任务规划系统如何简化规划流程、如何引入成熟的战术战法等一系列新设计需求, 提出战术模板概念。从飞机三自由度简化模型入手, 建立基本动作模型; 以躲避导弹攻击的CLIBⅡ机动战术为例, 设计战术模板数据库; 将决策影响图法应用到CLIBⅡ机动规划中, 并在Skyview工具包中进行仿真。结果说明战术模板技术可行, 但仍需扩展和优化。

为折衷线性控制器和非线性控制器间的差距, 采用虚拟参考反馈校正控制策略研究线性时变控制器的设计问题。对于两控制器中未知时变参数矢量的辨识, 在原代价函数的基础上通过增加一项关于两未知时变参数矢量的规范项, 来约束时变参数矢量的跳变特性。对于未知时变参数矢量的优化过程, 采用可分离非线性最小二乘算法重复迭代以得到全局最优解。借助凸优化理论, 推导出一个关键规范值, 以此值作为规范值合适选取过程中的初始值。最后用仿真算例验证了辨识方法的有效性。

为解决飞行器管理系统的任务调度问题, 提出了一种基于蚁群算法的多处理机任务调度方法, 考虑任务个数、任务等级、任务负载、任务与飞行状态关系等4个因素构建了单机风险系数函数; 以单机风险系数均衡为目的设计了任务调度目标函数, 给出了蚁群算法求解飞行器管理系统任务分配问题的流程。仿真得到一种较优的调度方案, 验证了所提方法的有效性。

针对传统相控阵雷达搜索波形占用时间资源较大的问题, 在充分研究相控阵雷达工作方式以及具体分析传统分时发射不同重复周期脉冲的搜索方式基础上, 提出了一种新型的三频段搜索波形, 并给出了其参数选择原则和信号的时域频域形式。经实例分析, 证明这种信号可以有效节省搜索占用的时间资源, 并提高搜索性能。最后对一些尚待解决的问题进行了讨论。

针对现代空战双机编队协同探测的复杂性, 以双机协同探测一架敌机为背景, 基于滚动时域控制思想对搜索跟踪阶段战斗机机动决策及雷达行为决策进行研究。首先建立雷达的探测模型, 重点研究双机协同探测态势及全向雷达反射面积(RCS)动态特性; 其次建立了战斗机协同搜索跟踪行为决策模型, 重点分析了协同探测控制函数的建立, 以及基于粒子群算法的探测行为决策模型; 最后进行了仿真验证。仿真结果表明, 该方法可以有效提高我方战斗机协同探测能力。

对红外序列图像中运动弱小点目标的关联检测问题进行了研究。在多假设检测的基础上采用“K/N”规则检测算法, 并引入带有可信度信息的判决融合, 其中, 可信度取自噪声概率分布函数。该方法把多假设检测与“K/N”规则检测算法有机地结合起来, 克服了多假设检测运算量大, 难以实时处理的缺点。引入可信度信息避免了当序列图像中某帧突然出现一个强的噪声脉冲时, 使得穿越该点的可能轨迹的统计量增大, 导致算法判断为出现多个虚假目标的情况。对信噪比较小的点目标, 特别是在有个别帧点目标被云层完全遮挡住的情况下, 该方法仍然有很高的检测概率; 最后, 从理论上详细分析了该方法的检测性能。理论分析和实测数据结果有效地验证了检测算法的可行性。