为了提高多机协同跟踪时差无源定位的精度, 在分析最优布站方式的基础上提出一种闭环最优控制方法。首先, 推导几何精度因子表达式, 然后在无人机性能、通信距离和安全距离的约束下, 通过仿真分析不同布站方式对几何精度因子的影响, 归纳总结3点结论, 从而提出针对单目标的最优布站方式, 最终结合扩展信息滤波算法和2维分配模型, 利用闭环最优控制方法解决TDOA定位体制下多机协同跟踪问题。仿真结果表明,所提方法能够使各观测站按照最优布站位置对目标进行协同定位跟踪, 有效提高目标定位精度, 证明了方法的有效性。

针对四旋翼无人机参数不确定性和对外部干扰敏感的问题, 提出一种基于线性自抗扰的轨迹跟踪控制系统设计方案。线性自抗扰能够很好地克服无人机的强耦合性、模型不确定性以及外部干扰问题。将四旋翼无人机的轨迹跟踪控制系统分为内外两个环路, 内环采用线性自抗扰控制器,外环采用简单的PD控制器。在仿真平台上对线性自抗扰控制系统进行轨迹跟踪实验, 并与传统的PID控制系统进行对比分析。通过仿真实验证明,所设计的线性自抗扰控制器不仅能够很好地估计并补偿系统所受内外部干扰, 而且对四旋翼无人机参数的不确定性具有较强的鲁棒性, 能够满足无人机姿态调节快速和高稳定度的控制要求, 性能指标明显优于PID控制器。

倾转三旋翼无人机在倾转过程中, 机体沿各方向轴转动惯量会随着发动机短舱角不断改变而发生变化。为了实现倾转三旋翼无人机倾转过渡模式下的精确控制, 需要对其倾转过程中的转动惯量变化进行数学建模研究。通过研究倾转三旋翼无人机倾转过程中重心位置变化, 运用扭摆法基本原理和实验等方法, 对其不同短舱角条件下飞行器转动惯量展开分析, 得到了倾转三旋翼飞行器转动惯量与短舱角的关系, 为倾转三旋翼飞行器倾转过程建模奠定了理论基础。

通过分析深空背景图像的特点, 提出一种基于拓扑不变性的深空背景暗弱目标检测方法。首先, 使用基于拓扑不变性的图像匹配方法以首帧图像为基准对序列图像进行匹配; 然后, 进行背景滤除;最后,利用基于Hough变换的方法对图像进行暗弱目标检测,从而获取目标信息。为验证提出算法的有效性, 使用STK软件制作若干幅半仿真序列图像进行实验。结果表明:提出的算法对空间碎片的检测能力超过了SMP和SBV两种算法; 算法的计算效率与SMP算法相当, 比SBV算法高。

基于容错控制和积分滑模控制理论的研究, 对飞行器姿态进行控制, 使其具有容错性能。飞行器模型考虑一类具有不确定性以及可能存在执行器故障的非线性系统, 针对该系统设计积分滑模控制器, 使系统即使在执行器故障情况下也能保持较理想的控制特性。同时也对该系统分别设计基于Lyapunov直接法和常规滑模理论的控制器, 便于仿真验证中作为比较。在有无执行器故障的情况下, 观察3种控制对状态变量的影响效果, 比较常规滑模和积分滑模控制下的抖振情况, 结果表明积分滑模控制在控制效果和减弱抖振方面表现更好。

针对非线性、多约束的滑翔飞行器再入段质点运动学与动力学模型, 采用多区间hp自适应伪谱法对滑翔飞行器的再入段轨迹进行优化设计, 再将得到的最优控制量进一步解算, 得出飞行器最优控制信号, 并针对滑翔飞行器滚转通道进行跟踪控制。仿真结果显示, 系统能够识别控制信号, 并有效实现姿态跟踪, 使得飞行器沿最优轨迹再入飞行。

针对现有的MIMO雷达波束形成算法在联合导向矢量失配较大时, 输出信噪比性能严重下降的问题,提出了一种用于MIMO雷达的迭代鲁棒Capon波束形成算法。首先,结合MIMO雷达收发两端的结构特点, 对失配误差模型进行了理论分析, 从而指出大不确定集算法的局限性。然后提出利用小不确定集可以解决误差失配较大的情形, 依据迭代思想对导向矢量期望值估计进行求解, 由满足的迭代条件确保联合导向矢量更准确。仿真结果表明, 该算法对联合导向矢量失配误差具有鲁棒性, 输出信噪比性能最优。

主要对不确定性环境下的空中目标威胁评估问题进行研究。首先通过模糊神经网络处理信息不确定问题, 在获取威胁目标信息较少的环境下, 使用小波神经网络增强网络自学习能力, 并分析威胁因素, 创建不确定性环境下的模糊小波神经网络(FWNN), 实现对目标威胁的评估;然后针对初始参数的不确定性问题, 采用粒子群优化算法和BP算法更新每个模糊规则后件部分的参数, 以达到提高评估效果的目的。仿真结果表明, 与模糊小波神经网络相比, 该算法提高系统的稳定性, 加快收敛速度, 增强预测精度。

多无人机协同搜索多目标的多旅行商航路规划问题 (MTSP)是无人机协同作战的关键技术之一。在协同搜索背景下, 多架无人机从同一个基地出发搜索附近的可疑目标, 以最快速完成任务为目的, 建立MTSP模型, 提出一种聚类算法和遗传算法进行分步组合的优化算法。第一步, 利用K-means聚类算法将MTSP问题分解成多个独立的TSP问题; 第二步, 改进遗传算法, 引入2-opt算法作为优化算子, 重新设计选择算子和交叉算子, 分别求解多个TSP问题。通过具体算例验证了该算法的合理性, 并同常用的分组遗传算法比较, 分步组合优化算法具有更高的计算效率, 求解结果更为可靠, 尤其在求解大型MTSP问题时, 优势更为明显。

组合导航的观测量常会因外界复杂环境的干扰, 出现滤波精度下降的现象。提出一种基于修正Rodrigues参数的鲁棒滤波算法, 利用修正Rodrigues参数来重新构造组合导航姿态表达, 通过引入HUBER鲁棒策略实现抑制观测量干扰等问题。在捷联惯导/卫星组合导航仿真例子中, 比较了传统基于四元数的滤波算法、基于修正Rodrigues参数的滤波算法及其鲁棒化滤波算法, 仿真实验结果表明算法具有计算量低和抑制外部干扰等效果, 证明了算法的有效性。

根据新型舰炮初速可控的特点, 提出了一种基于最大命中概率的射击诸元解算方法。初速可控舰炮增加了弹丸初速作为射击诸元要素。对视距内目标进行打击时, 命中概率与弹丸初速之间存在着非线性变化关系。通过建立弹丸外弹道模型和解命中方程, 进行弹道解算, 并基于黄金分割的概念, 采用二分法求解弹丸初速。该方法以命中概率最大为约束, 可有效进行新能源舰炮**的射击诸元解算。

在临近空间长时间超声速滑翔的导弹, 扰动引力对弹道的影响不可忽略。考虑地球扁率及自转的影响, 建立了助推-滑翔导弹跳跃-滑翔段三自由度弹道模型; 通过球谐函数计算扰动引力, 针对起始飞行高度与速度固定的跳跃滑翔弹道, 分析了不同阶次扰动引力的变化趋势以及所产生的落点偏差; 同时在固定阶次扰动引力下, 分别分析了扰动引力对不同射向角、不同起始飞行高度跳跃-滑翔弹道落点精度的影响。仿真结果表明, 扰动引力影响不同射向角跳跃-滑翔弹道所产生的落点偏差最大超过4900 m, 偏差随着弹道起始高度的降低而减小, 当扰动引力计算阶次超过360阶时落点偏差趋于一致, 计算结果具有可靠性。因此在实际作战背景下, 必须考虑扰动引力对临近空间跳跃-滑翔导弹命中精度的影响, 在满足作战条件的前提下可以采用降低跳跃-滑翔弹道起始飞行高度的方式来减小扰动引力对落点精度的影响。

针对无源时差定位中的稀疏傅里叶变换时延估计算法在低信噪比条件下的抗噪性差和估值精度低等问题, 提出了广义二次相关稀疏傅里叶时延估计算法。算法在对信号进行稀疏傅里叶变换的基础上, 融合利用最小二乘拟合改进的广义二次相关算法, 在对信号进行快速处理的同时抑制了噪声的干扰, 使得时延估计算法的性能得到提高。仿真实验以及对实测数据的验证均表明改进算法具有较好的抗噪性以及时延估值精度。

针对不同视角下的点云配准问题, 提出一种基于改进动态差分进化算法的配准方法。首先利用主成分分析方法估算点云的曲率值与法向量, 并根据法向量计算每个点与其k邻域点的法向量的夹角平均值。然后利用曲率和法向量夹角平均值构造第一特征参数进行第一次特征点提取, 以及利用曲率值构造第二特征参数对点云进行第二次特征点提取。根据得到的特征点云, 最后利用提出的一种基于耦合-最优排序变异的改进动态差分进化算法计算配准参数得到初始配准结果, 再利用改进的迭代最近点算法进行细配准。实验表明, 该配准算法具有配准时间短和配准精度高的优点。

研究雾中红外辐射衰减特性, 有助于提高**装备雾天条件下的红外对抗能力。基于大气辐射传输软件(CART)、Beer-Lambert定律、Mie散射理论和雾滴谱分布函数, 计算雾滴粒子群红外辐射透过率, 对红外辐射在平流雾和辐射雾中的传输衰减特性进行研究。以近红外辐射1.064 μm、中红外辐射3.8 μm和远红外辐射10.6 μm在轻雾条件下为例, 结合3个地区实测数据, 分析了能见度、传输距离、入射光波长和晴朗大气透过率计算值对平流雾和辐射雾总透过率的影响。结果显示在轻雾条件下, 辐射雾衰减小于平流雾衰减, 远红外辐射10.6 μm具有很好的传输性能, 地区气象参数不同对其有显著影响。

针对炮控系统随动模拟加载系统存在的摩擦、间隙、耦合等复杂非线性和参数时变等不确定性特征, 提出了一种自适应神经滑模控制策略。对于系统中存在参数时变等不确定性, 利用RBF神经网络自适应逼近不确定部分; 另外, 利用RBF神经网络动态调节切换函数的切换增益, 改善系统的动态品质。采用Lyapunov理论推导出自适应律, 在线估计神经网络权值和未知函数, 并证明了系统稳定性。仿真表明, 该控制策略能够较好地抑制干扰力矩, 响应快, 保证了系统静、动态的加载控制精度和鲁棒性。

针对利用机载光电平台进行“空对空”目标跟踪时, 跟踪效果受环境影响较大且全遮挡情况下目标容易跟丢的问题, 在传统CamShift算法的基础上, 提出了一种动态的基于多特征融合与相对Kalman模型的目标跟踪与轨迹预测算法。采用融合颜色、纹理、梯度特征的方式构建目标模板, 提高了模型的描述能力; 跟踪过程中引入特征模板动态更新环节, 保证了算法的长期稳定性; 在全遮挡的情况下, 利用背景中心点以及飞行目标与该中心点的差值分别构建Kalman模型, 并采用二次遮挡判断方法, 大大降低了误判和丢帧概率。实验结果表明, 所提算法具有较高的准确性、实时性与稳定性。

由于ADS-B工作范围广, 将其应用于航空避撞系统时, 在原先的避撞区域外再构建保护区域进行提前避撞, 可进一步提高避撞系统性能, 航路冲突检测是提前避撞的前提, 其算法复杂。提出时间轴映射航路冲突检测算法, 将航路冲突问题转化为分别求解X,Y,Z轴冲突区间问题, 再由X,Y,Z轴的冲突区间分别映射到时间轴得到冲突时间段, 最后通过求解3个冲突时间段的交集来确定航路冲突。仿真实验中, 对ADS-B工作范围100 n mile内的入侵飞机在ATC规定的避撞区域进行航路冲突检测, 结果只有1‰左右的入侵飞机存在冲突, 这与ATC规定的避撞区域和ADS-B工作范围100 n mile体积之比接近, 证明算法的正确性。

以时间戳对准和故障诊断技术为核心, 根据四旋翼飞行器在执行任务时的实际需要, 设计了组合导航系统。该系统搭载微机电系统(MEMS)的加速度计和陀螺仪, MEMS气压计和GPS传感器。首先设计预测器对GPS的数据进行时间戳对准, 使得GPS的数据和惯导(INS)的数据同步; 其次用量测数据(GPS和气压计)与INS数据进行故障诊断, 防止量测数据跳变以及惯导数据误差的持续增大; 最后采用基于时间戳对准和故障诊断的扩展卡尔曼滤波器设计组合导航系统, 从而估计出四旋翼飞行器的位置和速度信息。

针对当前飞机综合航电火控系统设计使用传统文档开发方法的不足, 借助基于模型的系统工程思想, 提出了基于Rhapsody的面向对象的图形化系统设计方法, 并给出了具体的设计思路与实施步骤。通过某飞机典型作战过程的实例应用, 详细研究了Rhapsody图形化系统设计方法中各种图例的应用场景和使用方法, 并将各设计阶段应用图例通过功能传递进行关联, 梳理出一套完整的复杂系统设计方法。该方法能够实现系统的迭代优化, 减少工作量, 缩短开发周期, 可为今后复杂系统的图形化设计提供参考。

光学加工和检测技术的提高为自由曲面的应用开拓了新的领域, 紧扣空间光学对压缩系统体积和实现系统性能提升的需求, 提出一种可快速获得的紧凑型离轴三反光学系统初始结构, 通过3个镜面折叠交叉排布, 极大地压缩了系统体积; 另外, 节点像差理论为自由曲面应用提供了强大的理论基础, 在优化过程中, 两片镜子采用了泽尼克多项式面形。通过设计实例验证发现, 最终系统具有结构紧凑、大视场、小F数等优点, 同时该设计方法的优化过程具有收敛速度快等特点。