针对噪声分布未知情况下的非线性目标跟踪问题, 提出了基于Sage-Husa算法的自适应嵌入式容积卡尔曼滤波算法。首先利用嵌入式容积准则改进传统的Sage-Husa算法, 得到适用于嵌入式容积卡尔曼滤波器的噪声统计估计器来估计未知噪声的统计特性, 并实现对其修正, 引入判断机制来抑制目标跟踪时的发散问题, 最后通过机动目标跟踪仿真验证了该算法的有效性。

近空间可变翼飞行器在不同飞行段进行模态切换过程中, 由于飞行状态会发生突变, 不同模态下控制器结构参数发生变化, 难以设计一个通用控制器保证两个模态及模态切换过程的稳定性和平滑性。若直接进行两个模态控制器硬切换, 会导致飞行器的控制律参数发生跳变, 从而引起飞行状态发生突变, 影响模态切换过程的稳定性和平滑性, 致使系统不稳定, 造成飞行事故。以爬升段末到巡航段初为例, 设计一种基于惯性环节的快速双幂次滑模切换控制器。首先对切换前后的滑模面进行淡化处理, 得到切换控制律的滑模面, 然后针对新的滑模面设计滑模切换控制律,最后对比分析直接切换和快速双幂次滑模切换。仿真结果表明快速双幂次滑模切换控制方法具有良好的跟踪控制效果

针对在MAP中, 测控设备高频率地采集数据导致数据呈现时序依赖性, 难以满足传统控制图要求的数据间相互独立的问题, 提出根据时间序列原理用受控状态下观测数据估计模拟出自回归模型AR(p),求出服从独立同分布的观测值残差, 建立控制图。为进一步说明残差控制图的有效性, 通过真实数据求出残差控制图并与休哈特控制图进行比较, 结果表明, 残差控制图的虚假警报明显减少。

针对某空间微型光学载荷主结构质量过重、地面重力变形过大以及基频太低的问题, 提出以质量最小、随机加速度响应RMS值为目标, 基频、变形为约束条件, 推导出多目标拓扑优化的表达公式, 建立优化数学模型, 并对光学载荷主结构进行拓扑优化设计。对优化后的主结构进行工程分析, 结果表明, 优化后的主结构质量较小, 基频较高, 变形和随机振动响应较小。最后对主结构和其上端安装的光学载荷进行了力学试验, 并对试验后的设备进行了性能检测, 结果满足总体指标, 证明了所设计的主结构具有良好的性能, 同时该主结构优化方法有效可行。

针对传统的扩跳频信号源智能化程度低、携带不方便、效率低下等问题, 设计了一种基于FPGA+AD9915的体积小、功耗低、精度高的扩跳频信号源。使用Verilog语言在Quartus Ⅱ软件开发平台上编程实现系统软件设计, 在FPGA芯片内完成基带信号处理、跳频码产生和中频调制, 并通过FPGA实现对AD9915和数模转换芯片的控制, 最后混频实现扩跳频信号的产生。测试结果表明系统有较好的性能, 可以满足电台测试时对跳频速率、频率间隔等方面的要求。

针对一类非仿射函数不连续的纯反馈非线性系统, 提出了一种鲁棒自适应控制方法。放宽了对非仿射函数的连续性条件和边界条件, 非仿射函数的边界均为未知连续函数, 利用动态面控制技术避免了对虚拟控制律反复求导而导致的计算复杂性问题。从理论上证明了所设计的方法能够保证闭环系统所有信号半全局一致终结有界, 且通过选择合适的设计参数使系统输出能渐近收敛到原点的任意小邻域内。仿真结果表明了所提出方法的有效性。

针对自由漂浮空间机器人系统, 设计了一种全局逼近收敛控制器, 解决了存在初始状态误差及外界干扰条件下的系统鲁棒性问题。首先, 根据空间机器人系统的状态空间方程设计控制器, 该控制器将控制输出特性与控制增益隔离开, 对系统模型的不确定性及外界干扰具有强鲁棒性。另外, 该控制方法避免了类似反演控制方法带来的复杂度高的问题。其次, 从理论上证明了该控制器能够实现机器人系统对期望路径的跟踪。最后, 针对单臂六自由度空间机器人系统, 分别使用该控制器与鲁棒补偿控制器进行了仿真分析。仿真结果证实了该控制器的强鲁棒性。

提出基于互补特征层次决策融合的合成孔径雷达(SAR)目标识别方法,该方法采用主成分分析特征、目标峰值和目标轮廓作为描述SAR图像的特征。三者对于目标的描述具有较强的互补性, 从而为目标识别提供更多的鉴别力信息。在决策融合阶段, 采用了层次推进的策略。第一级采用主成分分析特征, 第二级采用峰值特征, 第三级采用轮廓特征进行识别。当前一级得到可靠的识别结果时, 下一级则无需进行。采用层次融合策略, 大大提高了目标识别的效率, 避免了不必要的重复识别过程。为了验证所提方法的有效性, 基于MSTAR公共数据集进行了目标识别实验。

颜色属性跟踪算法使用的核脊回归分类器对于背景信息的利用过少, 导致算法在目标快速运动、局部遮挡和背景相似物干扰等情形下容易发生漂移。针对此问题, 首先, 通过计算响应矩阵峰值旁瓣比确定干扰峰所在位置; 然后, 在核脊回归分类器上引入对应的背景约束项来加强分类器对背景信息的利用; 最后, 使用构建尺度空间滤波器的方法实现对多尺度变化的支持。在Visual Tracker Benchmark数据集上的对比实验结果表明, 该方法在不过多损失算法速度的前提下, 能够有较高的跟踪精度。

主要针对陀螺稳定平台的单轴控制系统的快速性和鲁棒性进行研究。采用滑模变结构与神经网络结合的方法对陀螺稳定平台进行控制。由于传统滑模变结构方法的模型估计不准确, 会导致抖振问题。提出了采用RBF神经网络逼近模型未知部分的神经网络滑模变结构控制方法。实验证明, 采用该方法可以有效提高系统的快速性和鲁棒性。针对陀螺稳定平台单轴控制系统, 该方法对角位置跟踪的时间为0.3 s, 角速度跟踪时间为0.6 s。其中, 角位置跟踪的最大误差为0.007 3, 且在1 s时, 误差收敛到零的一个邻域内。

传统光电跟踪设备对于多传感器数据源的选择, 大多采取手动或按优先级进行切换的控制方式。为了克服切换机制带来的滞后性、随意性以及切换时的阶跃效应, 提出了多源数据融合控制策略。首先计算自适应可变跟踪门规划关联区域剔除野值; 然后根据关联区域设计分时分级融合结构; 最后通过构造隶属度函数计算融合加权因子。经实际应用验证, 这种融合控制策略提高了跟踪精度, 减小了超调量, 增强了系统的鲁棒性、可靠性和实时性。

针对基于离散余弦变换的压缩感知哈希算法在光照变化、目标发生形变或者局部遮挡的情况下难以跟踪的问题, 提出了一种基于类间方差和离散余弦变换融合的模板匹配增强哈希算法。该算法是一种运用类间方差阈值分割和离散余弦变换来提取目标不同特征信息, 用快速增强差异法生成哈希序列来降低光照影响, 用抽屉原理缩短汉明距离的比较时间的自动更新模板的目标跟踪算法。本文算法与传统哈希算法、基于DCT的压缩感知哈希算法在视频David, Girl和CarScale中进行了跟踪实验。实验结果表明, 该算法在光照变化、目标形变和局部遮挡的情况下提高了目标的跟踪成功率, 具备良好的鲁棒性, 满足了实时跟踪的要求。

变步长LMS自适应滤波算法通过构造步长因子来进行权值调整, 使算法具有较快的收敛速度和较小的稳态误差。为了进一步改善算法的性能, 提出一种基于S函数的改进变步长LMS自适应算法。该算法基于S函数的曲线特点, 通过对函数的平移变换得到算法步长因子的表达式。为满足算法的可控性和抗干扰能力的要求, 通过引入可控参数和误差向量自相关值来调整步长因子, 得到算法的最终模型。详细分析了模型中各参数的取值对步长因子和滤波性能的影响。与现有算法的仿真结果对比表明,该算法在收敛速度、稳态误差及抗干扰能力方面的性能均有了很大的改善。

如何提高卫星导航定位P码的捕获速度和精度是军用接收技术研究的热点问题之一。在GPS P码扩展复制重叠(XFAST)捕获算法和均值捕获算法的基础上, 提出一种基于时频融合的捕获算法, 通过对本地序列进行XFAST处理, 在不影响相关度的基础上扩大搜索范围,并对处理后的本地序列和接收序列进行均值处理, 相当于减少之后相关的码元个数, 也即减少了运算量, 从而达到提高捕获速度的目的。对所提算法的可行性进行了分析, 给出了算法的具体处理过程, 仿真实验验证了该方法的有效性。

机载光电观瞄设备和光电制导**导引头是区域电子防空光电对抗的直接对象, 而快速准确的目标识别与威胁评估是干扰指挥决策并形成有效干扰的基本前提。分析了电子防空光电对抗目标的特征, 针对区域电子防空存在的战场态势模糊情况, 提出基于行为推理的目标识别方法识别目标类型并预测目标行动, 再进一步建立结合降效分析的多属性决策目标威胁评估模型计算目标威胁程度。仿真实例表明, 所提方法在支援情报缺失的情况下, 能够准确判定目标属性和威胁等级, 为干扰目标分配提供依据。

针对可视化流动图像边缘扩散及噪声和异常点影响使得光流计算稳健性较差的问题, 提出一种基于物理学的稳健光流计算方法以改善光流计算稳健性。所提算法在基于物理学光流方法中引入各向异性滤波器以增强边缘光流稳健性, 并增加惩罚因子以减少噪声及异常点对光流计算的影响, 而后基于变分方法极小化光流能量函数以求解欧拉-拉格朗日方程, 最后通过迭代方法求得速度场。仿真结果表明, 与传统的Lucas-Kanade,Horn-Schunck,金字塔Lucas-Kanade以及基于物理的光流计算方法相比, 所提算法可显著减少边缘和角落区域光流扩散, 改善针对噪声及异常点的稳健性, 从而得到具有较好稳健性的速度场。

胚胎电路是一种新型的仿生硬件, 具有自诊断和自修复的能力,它可以有效提高电子系统在复杂环境中的可靠性。胚胎电路故障自检测是胚胎电路实现自修复的前提, 是影响胚胎电路可靠性的重要因素之一, 也是胚胎电路研究领域的一个关键问题。介绍了胚胎电路自检测技术的基本概念和国内外研究现状, 对其进行了分类归纳, 比较了不同胚胎电路自检测技术的特点, 讨论了胚胎电路自检测技术存在的主要问题, 并对其未来的发展方向进行了展望。

为了提高无人飞行器机载光电平台的稳定控制精度, 针对单速率环控制的抗扰动性能不足, 设计一种基于双速率环的串级控制方法。提出采用以陀螺仪构成内环、以光电编码器微分构成外环的双速率环控制结构, 从其抑制扰动性能、鲁棒性能以及动态响应性能上与单速率环结构进行了理论对比分析, 最后进行了实验验证。结果表明, 该方法具有更好的抗扰动性、鲁棒性以及动态响应性能, 能有效地提高无人飞行器机载光电平台的稳定控制精度。

针对Qball2四旋翼无人飞行器欠驱动、参数不确定、强耦合等特性, 采用一种跟踪微分器(TD)与线性自抗扰算法(LADRC)结合的控制方法, LADRC包括线性组合环节(PD)和线性扩张状态观测器(LESO)两个部分。LESO对系统内扰和外扰进行实时观测和动态补偿, 从而将复杂的Qball2系统简化为串联积分形式。LADRC参数整定简单, 而TD的引入使系统具有良好的快速性和鲁棒性。仿真和Qball2平台实验结果表明,所设计的控制器能满足系统的动态性能和稳态性能要求。

针对存在执行器故障的一类仿射非线性系统, 基于自适应动态规划方法, 提出了一种新型的容错控制器。利用故障观测器估计执行器故障, 并利用故障信息构建一个改进型的性能指标函数, 将容错控制问题转化为最优控制问题。同时使用策略迭代(PI)算法, 通过构造评价神经网络来求解HJB方程, 获得近似最优容错控制律, 并且基于李雅普诺夫函数, 证明该容错控制器可以确保闭环系统渐近稳定。最后, 通过仿真验证了该方法的有效性

针对四旋翼飞行器多输入多输出、强耦合、非线性且欠驱动等特点带来的对外部干扰敏感问题, 提出了基于积分型反步法的控制系统。首先建立了四旋翼飞行器的动力学模型, 然后设计了位置控制回路外环及姿态控制回路内环的双闭环控制结构PID控制器,和由李雅普诺夫稳定性理论证明的Integral Backstepping法的控制器, 最后在Matlab/Simulink中对这两种控制器进行仿真实验分析。结果表明, 使用Integral Backstepping算法的控制器模型在控制精度、调节时间和抗干扰性上都明显优于经典PID算法。

为了利用单目视觉实现空间六自由度的形变监测方法, 研究基于方向预估的圆对跟踪算法、基于分水岭的轮廓提取算法和遮挡判别方法, 设计并研制了基于嵌入式平台的监测系统。系统包括靶标模块、视觉采集模块、中央处理模块和结果显示接口。靶标平面上包含5对等大的白色圆形标记, 将靶标固定在待测物体的外表面上, 通过跟踪各圆对的相对位置, 解算待测物体在空间笛卡尔直角坐标系下的位移和旋转角。