针对舰载电子战飞机任务剖面建模问题, 首先给出任务剖面的完整定义并分析了构成要素, 对其进行形式化描述。采用IDEF0方法和IDEF3方法对其功能及流程建模。最后基于ExtendSim仿真平台对任务剖面流程模型进行仿真, 验证了任务剖面模型的合理性。

针对导弹退化监测信息不充分条件下的维修决策问题, 结合导弹实际, 对以维纳模型描述退化过程的导弹部件进行研究。利用贝叶斯方法, 综合历史寿命数据和在线退化监测信息, 建立可更新的剩余寿命预测模型。采用粒子群算法求解极大似然函数, 得到寿命分布参数的先验估计, 利用递推法得到参数的后验估计, 从而更新了剩余寿命分布。在此基础上分别以可用性目标和经济性目标建立维修决策模型;再综合考虑两个目标, 采用极值交互式方法建立多目标规划模型;最后将模型应用于导弹惯导系统的核心部件——激光陀螺仪, 实现了陀螺仪的多目标状态维修优化决策。

基于CCD相机的标校电视测量技术主要用于遥测系统的标校和脱靶量的测量。为了提高标校精度和脱靶量的精确测量, 电视摄像机采用两档连续变焦距镜头; 硬件采用高速数字信号处理器(DSP)、超大规模现场可编程门阵列(FPGA)等器件; 主控计算机选用一体化便携式工业加固计算机, 配有图像采集卡和大容量硬盘; 脱靶量有粗调和微调两种模式。经分析和实践验证, 该技术能很好地完成遥测系统的标校和脱靶量的精确测量。

针对弹道导弹的特点, 研究了在发射惯性坐标系下, 基于速度/位置的GPS/SINS组合导航算法, 给出了该坐标系下的捷联惯导误差方程, 建立了该坐标系下的GPS/SINS组合导航系统的状态方程和量测方程。数字仿真实验和跑车实验, 表明提出的发射惯性系下GPS/SINS组合导航算法有较高的导航精度。

动态环境下的机器人路径规划问题相对复杂, 针对全局路径的局部环境实时规划局部路径过程中“突然”出现的障碍物可能引起机器人路径规划的震荡现象, 严重者会导致机器人出现路径规划失败而无法完成自主导航。为解决该问题, 提出一种基于改进Morphin搜索树的局部路径规划避障算法, 通过重新局部多重规划方法得到一条非完整约束的平滑可跟踪机器人路径, 并利用相应的评估函数对其进行优良性评估, 避免了传统Morphin算法搜索轨迹单一、不灵活等缺点。最后, 通过Pioneer 3机器人在搭建机器人操作系统(ROS)的实验平台上验证了算法的有效性和正确性。

根据红外图像的成像特性提出了一种天地线精确检测方法。该方法与常见的海天线检测算法不同, 在对红外图像进行噪声处理后, 通过对比Harr线性特征的方式寻找边缘, 以确定天空区域以及准天地线的位置; 然后通过对边界能量的分析完成天地线位置的初步检测; 最后, 利用数值分析的相关技术得到准确完整的天地线。实验结果表明该方法在各种场景均能有效地检测天地线, 即使对天空存在云雾的复杂情况也能保持较好的鲁棒性。

节点的高速移动, 拓扑的动态变化给车联网(VANETs)路由协议提出了挑战, 路由的稳定性是数据传输的重要保障。为此, 提出基于图论的稳定路由策略, 并将该路由策略引用至按需式距离矢量路由协议(AODV)中, 将改进后的AODV协议记为GS-AODV协议。GS-AODV协议首先建立链路稳定性模型, 然后依据节点的速度分布计算链路的稳定值, 再利用图论获取拓扑的动态信息, 最后选择最稳定的路由作为数据传输通道, 进而提高路由的稳定性。仿真结果表明, 提出的GS-AODV路由在数据包传递率、端到端传输时延以及平均链路断裂次数方面的性能均得到有效提升。

针对三维空间中目标物体定位的问题, 提出了一种结构简单、操作方便、性价比较高的单摄像机实现双目立体视觉定位的方法。在对目标物体的识别和定位中, 利用各方面性能和指标都比较好的SURF算法对所获取的图像进行特征点的提取和匹配; 针对匹配过程中存在的误匹配现象, 又对SURF算法做了改进。实验结果表明, 基于改进SURF算法的单目转双目视觉定位, 不论是在定位的精度, 还是在时间、速度方面都表现出了较好的可行性与实用性, 具有一定的实际应用价值。

针对临近空间高超声速目标飞行速度快、机动特性强和周期性滑跃的运动特点, 提出一种基于不同正弦模型(Sine模型)相交互的临近空间目标跟踪算法。首先, 针对临近空间目标所特有的周期性滑跃特性的运动轨迹, 采用基于低角速率的Sine模型有效解决现有机动目标模型对临近空间目标跟踪精度不高的问题; 然后, 针对目标滑跃式轨迹运动的特点及其参数未知的情况, 通过多个不同角速率的正弦模型相交互, 进一步提高正弦模型与临近空间目标所特有的周期滑跃式轨迹的匹配程度。仿真实验表明, 与现有的临近空间目标跟踪算法相比, 该算法具有更好的定位跟踪精度。

为满足导弹的末端落角约束要求, 提高毁伤效能, 基于有限时间控制和终端滑模控制理论, 提出了一种带落角约束的滑模导引律。该导引律选取终端滑模面, 包含弹目相对速度偏角和落角约束项, 采用快速幂次趋近律, 可实现制导系统状态的有限时间收敛, 满足命中精度和落角约束的要求。运用有限时间控制理论对该导引律进行了分析, 证明了制导系统状态的有限时间收敛特性, 并给出了收敛时间的具体表达形式。最后, 进行了对比仿真分析, 仿真结果验证了该导引律的有效性、鲁棒性和优越性。

建立了弹道导弹在弹道中段进动时的雷达散射截面积模型。提出了一种自相关(AUTOC)法与平均幅度差函数(AMDF)法相结合的弹道类目标进动周期提取方法, 在提取出进动周期的基础上, 采用匹配搜索法提取进动角, 通过进动周期和进动角的提取得到了识别弹道导弹真假目标的有效特征——惯量比。分析了惯量比的克拉美罗界(CRB), 并把提取惯量比时的均方误差与克拉美罗界进行了比较, 验证了惯量比提取方法的正确性。

在自然空中非可控环境下, 飞机目标自动识别的难题之一是姿态变化和遮挡问题, 为此, 提出了一种基于稀疏表示的飞机目标识别方法, 该方法利用其稀疏表示系数进行飞机目标识别。与现有的方法相比, 该方法将飞机图像识别问题转化为求解待识别飞机图像序列关于训练飞机图像序列的稀疏表示问题, 是直接对原始飞机图像进行操作, 而不需要进行特征提取和选择过程, 由此提高了飞机识别算法的效率, 而且对飞机目标的姿态和遮挡变化具有较好的鲁棒性。在5种飞机图像数据集上的实验结果显示, 该方法对空中飞机类型识别是可行的, 其识别率高达90%以上。该方法为非线性、复杂的空中飞机目标识别提供了一种途径。

针对四旋翼欠驱动、强耦合非线性系统轨迹跟踪问题, 提出了一种滑模轨迹跟踪控制策略。基于典型牛顿-欧拉动力学模型, 无人机控制系统分为了全驱动子系统(ψ, z)和欠驱动子系统(x, y, φ, θ)。全驱动子系统先通过终端滑模控制器使变量ψ, z收敛到理想值, 然后二阶滑模控制器实现欠驱动子系统中变量x, y, φ, θ的有效跟踪, 二阶滑模控制器滑模面参数通过Hurwitz稳定性理论设计。控制器通过Matlab/Simulink进行仿真, 仿真结果表明,设计的控制器位置和姿态控制具有良好的位置、角度跟踪效果, 且具有很好的鲁棒性。

舰载光电设备在捕获跟踪阶段, 由于艏摇、纵摇、横摇的扰动, 红外跟踪精度会受很大的影响。为了提高舰载光电设备跟踪精度, 提出了一种速度回路前馈控制策略, 控制方法分三步: 首先将大地坐标系转化为甲板坐标系;其次当目标出现在视场内且满足图像提取阈值时, 利用CA模型最小二乘法原理对合成的甲板坐标系下的速度进行滤波;最后将滤波后的速度前馈到速度回路上, 同时伺服控制回路采用串联校正, 根据不同的跟踪状态切换不同的调节器, 并结合红外脱靶量信息构成完整的双闭环回路。试验显示, 某舰载光电设备红外跟踪状态下, 在未加入本算法时, 跟踪误差的最大值为120″, 加入前馈补偿后, 跟踪误差的最大值为78″, 减小了跟踪误差, 提高了舰载光电设备对抗能力。

时间触发以太网(TTE)支持时间触发(TT)流量和速率限制(RC)流量的混合关键性传输。TT流量通过离线调度具有严格的时间确定性, 但造成对低优先级RC流量的阻塞。基于输入排队的交叉开关(Crossbar)结构, 提出了针对TT/RC混合关键性流量的滑动迭代轮询匹配调度(MC-iSLIP)算法, 设计了防止RC流量出现饥饿现象的输入输出端口指针更新策略, 并分析了算法的复杂度。通过仿真实验, 对比输入排队Crossbar交换机与传统输出排队交换机的传输性能, 实验结果表明, 采用MC-iSLIP算法调度的输入排队Crossbar结构显著缓解了TT流量对RC流量的阻塞, 进而降低RC流量的端到端传输时延和时延抖动。

借鉴导弹导引规律中的比例导引方法, 提出了一种基于高度变化率的制导规律, 采用此方法可以减小无人机运动对回收网参数变化的敏感性, 从而获得较为平直稳定的下滑轨迹。同时,针对无人机自动撞网回收过程中回收网网心随海浪运动的特点, 应用鲁棒伺服LQR(RSLQR)的控制方法, 以高度变化率(H· )为主被控变量, 设计了鲁棒伺服控制律,该控制结构鲁棒性强、控制精度高, 满足动态撞网回收的性能指标。非线性仿真结果验证了该方法的可行性, 表明采用此方法可以消除外界风干扰导致的位置误差, 同时又可以提高系统的快速性、准确性以及鲁棒性等性能指标。

针对光电跟踪仪的检测需求及传统检测方法存在的不足, 提出了一种创新的检测思路, 研制出小型便携的检测设备。阐述了检测设备总体方案设计及技术指标要求。采用基于离轴非球面的二次折叠光路、高精度二维运动靶标机构及双波段可切换光源, 实现了体积小、精度高的动态目标模拟器。采用工控机、步进电机驱动控制器及MPS-010602数据采集卡, 实现了对目标模拟器的轨迹控制和对装备信号的采集与处理。各项指标通过了性能检测, 取得了理想的应用效果。

转台在遥感测试领域中有着广泛的应用, 同时对其控制效果的要求也越来越高, 尤其对于低速大惯量转台的控制。针对由于转动惯量估计不准、扰动模型不确定等因素造成系统模型不能被准确描述, 经典状态观测器无法准确观测出系统状态的问题, 提出了不依赖于精确系统模型的扩张状态观测器来跟踪反馈系统中不确定因素的作用量。首先对扩张状态观测器进行了分析和设计, 构建了非线性PID控制器的仿真结构框图, 并将系统在Simulink下进行了仿真模拟。试验结果表明, 该方法使转台低速稳速精度相对于传统PID控制提高了8. 6%, 跟踪误差下降为原来的13. 3%, 有效提高了低速大转矩转台控制系统的性能。

某型加速度计是影响火箭弹控制舱贮存寿命的薄弱环节, 针对历年统计的加速度计的成败型不完全故障数据, 将“保序回归”和“变样本Pearson χ2拟合优度检验与极小卡方估计”相结合, 解决了加速度计失效频率的“倒挂”问题, 给出了分布参数并对分布函数进行了Pearson拟合优度检验。结果显示, I型极大值和威布尔分布适用于加速度计的寿命分布, 但I型极大值不具有可加速性, 因而选择威布尔分布作为寿命分布。得到了置信度0. 90、可靠度0. 95时加速度计自然贮存寿命。加速度计在90 ℃下的加速系数K=7. 2695, 预估了部分批次加速度计加速寿命试验时间, 对加速寿命试验时间规划、经费预算具有工程实际意义。

某型加速度计是影响火箭弹控制舱贮存寿命的薄弱环节, 针对历年统计的加速度计的成败型不完全故障数据, 将“保序回归”和“变样本Pearson χ2拟合优度检验与极小卡方估计”相结合, 解决了加速度计失效频率的“倒挂”问题, 给出了分布参数并对分布函数进行了Pearson拟合优度检验。结果显示, I型极大值和威布尔分布适用于加速度计的寿命分布, 但I型极大值不具有可加速性, 因而选择威布尔分布作为寿命分布。得到了置信度0.90、可靠度0.95时加速度计自然贮存寿命。加速度计在90 ℃下的加速系数K=7.2695, 预估了部分批次加速度计加速寿命试验时间, 对加速寿命试验时间规划、经费预算具有工程实际意义。

锌银电池是航空航天领域的重要能源设备, 利用电池搁置状态的测试数据对电池激活后的搁置状态可靠性评估是迫切需要解决的问题。建立了锌银电池湿搁置状态电压参数基于Wiener过程的退化模型, 给出了电池的可靠度函数, 并对模型中的参数进行最大似然估计。利用电池湿搁置状态下的放电数据, 对该批电池进行可靠性评估, 认为其在可靠度为0. 95的湿搁置状态寿命可以达到51. 95 h。

针对部分可观测信息条件下量测噪声未知时粒子滤波剩余寿命预测的问题, 提出了一种基于集成神经网络和粒子滤波的寿命预测方法。首先, 结合设备性能退化量测数据, 生成状态-观测数据组, 并利用bootstrap技术构建多个数据组, 采用集成神经网络训练状态-观测数据组, 根据推导公式估计量测噪声标准差的最优取值范围; 其次, 将量测噪声标准差作为未知参数嵌入在粒子滤波寿命预测框架中, 实现非线性系统的剩余寿命预测及概率密度分布; 最后, 选取锂离子电池寿命预测仿真验证了该方法的有效性和可行性。

针对性能退化过程服从Wiener过程的产品, 提出了一种融合产品现场实测性能退化数据与同类产品常规退化数据的剩余寿命预测方法。假定分布参数服从联合共轭先验正态-逆伽玛分布, 建立了个体现场实测退化数据下分布参数的贝叶斯估计模型, 给出了超参数后验估计公式; 建立了退化试验数据的完全似然函数, 构建了基于EM算法的超参数先验估计模型; 通过实例验证了方法的正确性。

机载系统技术状态管理必须贯穿于型号研制的全寿命周期, 通过机载系统技术状态管理目的研究, 结合目前型号研制中技术状态管理的现状及问题, 建立实用有效的机载系统全寿命周期技术状态四维管理模型, 利用信息化平台实现综合管理系统, 实现了机载系统全寿命周期内技术状态的规范化、体系化、信息化管理。