设计了一种基于高阶一致性理论的四旋翼无人机编队飞行控制方法。首先,利用反馈线性化将四旋翼无人机非线性数学模型简化为两个四阶线性子系统和两个二阶线性子系统; 然后,利用代数图论和矩阵分析, 采用位置偏差矩阵描述编队队形, 设计了一种固定拓扑结构下的高阶一致性编队控制算法, 并给出其渐近一致的充分条件;最后,通过Matlab仿真实验证明, 在该算法下四旋翼无人机可以完成编队集结和编队队形变化等行为。

针对机载IRST系统具有大视场、高空间分辨率、高扫描速度的3项技术指标特点, 设计了一种单元化结构的新型IRST仿真测试平台, 解决了传统仿真系统无法同时满足该3项技术指标要求的难题。仿真测试平台由仿真中心、激励器、仿真器和显控终端共4个单元构成, 具有5种工作方式。激励器采用基于时间序列的面阵场景发生方法, 将大视场、高分辨率的仿真场景分割成序列化小视场、标准分辨率的面阵场景; 采用光纤网络将面阵场景的视频信号和时序信息同时发送到仿真器, 仿真器根据工作方式采用不同的处理方法对视频信号进行处理。测试结果表明, 仿真测试平台能够仿真真实机载IRST系统的综合性能、工作方式和接口方式, 现已经应用于航电任务软件的联试和航电系统的性能测试。

针对16线激光雷达负障碍检测过程中, 垂直分辨率低导致对负障碍检测和识别困难的问题, 提出了一种基于IMU-LiDAR的负障碍检测方法。建立了激光点云数据的融合模型, 有效利用历史点云数据与历史检测结果, 获得较多的环境信息, 提高了负障碍的检测精度。利用16线激光雷达与自研的惯性测量单元(IMU)传感器进行实验验证, 结果表明能够实现激光雷达点云的融合, 进一步提高激光雷达对负障碍的检测能力, 并且以较低的硬件成本实现更加高级的环境感知能力, 对无人驾驶等技术的研究具有实际应用价值。

针对体系结构设计不规范以及数据一致性难以保证等问题, 在基于活动的方法论基础上提出了一种新的体系结构设计方法。简要介绍了体系结构框架和开发思想, 分析了3种经典的体系结构设计方法：结构化分析和设计方法、面向对象设计方法和基于活动的方法论, 列举了各种方法的优缺点; 根据基于活动的方法论, 提出了基于核心体系结构数据的体系结构设计方法, 并详细说明了该方法的开发流程; 使用基于核心体系结构数据的开发方法, 针对未来水下无人潜航器协同反潜作战任务, 从作战视角建立了体系结构模型。所建立的模型表明该方法具有良好的可操作性。

针对SLAM在复杂环境下对噪声干扰鲁棒性差以及运动轨迹预测误差问题, 在UKF中引入自适应估计理论与鲁棒H∞控制准则, 提出一种鲁棒自适应UKF-SLAM算法。该算法利用自适应估计理论, 构建抗差因子和自适应因子, 自适应估计测量和状态噪声等价协方差阵, 实现粗差分离和噪声方差自适应补偿; 利用鲁棒H∞控制准则对系统状态均值和协方差进行迭代更新, 提高噪声干扰鲁棒性、降低预测误差。仿真结果表明:该算法能保证移动机器人在不同噪声环境下具有良好的鲁棒性与定位精度。

针对无人机编队的通信拓扑切换问题, 研究了一种基于联合误差的编队控制方法。基于无人机自身位置设置弹性前视点, 通过各无人机间位置误差和速度误差, 建立了带有联合误差的线性状态方程。引入编队中其他无人机之间的误差反馈, 设计了一种弹性的扩展一致性控制器。经典的一致性控制是该扩展一致性控制律在某些无人机之间的误差未知情况下的一个特例。最后, 应用Hurwitz稳定性分析方法验证了固定通信拓扑结构系统的稳定性, 并给出了其稳定的充分条件。采用Lyapunov稳定性分析方法得出了切换通信拓扑结构的指数收敛的条件。仿真结果表明该方法在固定和切换的拓扑下均能保持稳定队形, 而且弹性编队能很好地适应长机速度变化。

基于广义熵损失函数, 分别在无信息先验及共轭先验分布下, 获得维纳过程参数及可靠性指标的贝叶斯估计, 并将其与极大似然估计、平方损失函数下的贝叶斯估计进行对比讨论。仿真结果表明, 广义熵损失函数下的贝叶斯估计均方误差最小, 精度最高, 同时该估计的表达式比较灵活, 能够有效刻画过高估计和过低估计造成风险不同的情形。

针对高超声速飞行器的机翼损伤问题, 改进了预设性能算法并设计了姿态减损控制器, 以保证在飞行过程中增强控制器减损效果并保障飞行性能。首先, 通过分析飞行器机翼关键部件受力情况, 给出可实时计算损伤量和损伤变化率的损伤模型;然后, 基于预设性能理论, 改进了性能函数指数和误差转换函数, 并结合飞行器模型设计了基于改进预设性能的姿态减损控制器。通过仿真分析验证了所设计控制器的有效性。

针对无人直升机自主着舰过程, 自主设计了一套基于视觉引导的无人直升机着舰方案, 根据实际应用场合设计了无人直升机着舰地标, 采用基于Canny边缘检测与Harris角点检测相结合的方法获得了着舰地标特征, 通过坐标变换获得了精确的目标点位置及参考航向信息, 基于扩展卡尔曼滤波将视觉处理信息与惯导信息进行融合处理, 开展了飞行试验。试验结果表明,本系统方案满足无人直升机自主模拟着舰验证性要求。

针对传统闭环检测算法在动态场景下不稳定、易失败的问题, 提出了一种在动态场景下能够准确检测到闭环的算法。首先, 改进基于场景流区分动、静特征点算法, 使得到的动静点划分更为准确;其次, 剔除动态特征点, 进行聚类, 将图像在视觉词典树各个节点的TF-IDF熵作为图像在该视觉单词的得分权重, 从而构造得分向量对场景进行描述;最后, 采用负指数幂函数作为计算两幅图像的相似性得分函数, 计算当前帧与候选关键帧的相似性得分, 经过最后的闭环确认环节, 得到最终的与当前帧发生闭环的关键帧。实际场景的实验表明, 所提算法在动态场景下能够有效检测到闭环。

针对非线性动态系统的扩张状态观测器(ESO)参数整定问题, 建立了基于BP神经网络的参数整定模型。采用在线梯度下降法进行网络训练以保证对动态系统的学习能力,并引入了IDBD算法,利用输入数据的信息和学习过程中的经验实现学习速率的自适应调整, 以改进在线梯度下降法的适应性。数字仿真表明, 该参数整定模型较传统的参数整定模型具有动态性能好、精度高等优点, 能够提高非线性系统扩张状态观测器参数的动态整定精度, 进而在一定程度上改善自抗扰控制器的系统控制性能。

准确性和实时性是影响目标检测性能的两项重要指标。为了在多种复杂场景中进行快速精准的目标检测, 提出了一种融合超复杂傅里叶变换(HFT)显著性计算、高效子窗口搜索(ESS)和大津法(OTSU)的精准目标检测算法。该算法首先将输入图像进行HFT显著性计算, 得到显著图, 然后在显著图的基础上通过高效子窗口进行全局搜索并初步定位目标, 最后利用大津法分割子窗口范围内的图像, 并根据子窗口边界的像素值优化子窗口的位置, 实现精准的目标检测。实验结果表明, 新算法在保证运算速度的同时, 显著提高了检测精度。

由大量阵元组成的阵列天线广泛应用于现代雷达装备, 实际应用中阵列天线不断出现失效阵元。针对这一问题, 分析了不同规模阵列天线中不同数目阵元失效概率, 设计了不同失效阵元组合下阵列天线性能分析流程。以不同规模的Chebyshev直线阵和Taylor直线阵为例, 分析了阵列天线最大副瓣电平、平均副瓣电平、半功率波瓣宽度、第一零点波瓣宽度及方向系数与失效阵元激励、位置之间的关系, 该分析结果为具有失效阵元的阵列天线自修复奠定了基础。

针对现有舰艇编队空中目标威胁评估的指标权重确定不合理的问题, 在给定改进指标的基础上, 分别运用区间层次分析法(IAHP)和熵值法得到组合权重, 从而确定威胁评估的指标权重。结合舰艇编队的特点, 利用改进的TOPSIS法构建了舰艇及舰艇编队空中目标威胁评估模型, 该模型适用于协同作战环境下的舰艇编队对空中目标的威胁评估。最后, 利用仿真案例进一步验证了该模型的有效性。

针对舰载直升机的反潜作战使用问题, 从反潜战术层面综述了舰载直升机对潜搜索、跟踪、攻击作战的国内研究现状, 分析了当前反潜作战使用研究方面存在的不足, 并对下一步工作的研究重点进行了展望。

国外航空声呐浮标在近70年的发展历史中, 经历了不同的发展阶段和技术路线。对美英俄等国的航空声呐浮标发展历史进行简要介绍和概括, 总结其发展规律与经验, 并通过对未来水下作战特点分析和国外现代研究样例说明声呐浮标的发展方向。

主要针对国内软式空中加油, 设计了一套基于机器视觉技术的自主空中加油锥套跟踪与定位系统。首先, 对加油机系统建模, 利用有限元分析进行加油软管锥套建模, 为锥套运动提供基准数据; 然后, 利用最小椭圆定位完成锥套二维图像定位, 结合LHM算法完成三维定位; 接下来, 考虑到锥套定位稳定性较差以及输出频率较低的问题, 引入EKF提高系统鲁棒性并设置ROI区域减少图像处理时间; 最后仿真结果表明, 在不同紊流条件下, 基于EKF的视觉测量系统可提高系统鲁棒性并使输出频率大大提升。

针对舰载机着舰引导装备体系中备件构成复杂、数量众多, 传统单元级备件保障效果单一, 无法高效、全面评估整个备件系统等问题,引入k/N(G)表决关系把复杂系统等效分解为串并联结构; 提出备件保障概率、使用可用度、利用率等关键性指标在不同种备件寿命分布类型下的预测模型, 针对任务结束后才能统计得出指标数据的缺陷, 利用解析计算方法实现对备件方案预先评估, 提高备件保障效果; 并进一步给出系统级各指标计算方法。通过算例分析, 与传统方法相比提高了该体系备件系统级保障方案制定的精度与综合评估能力, 仿真结果符合实际情况。

提出了一种基于局部特征索引结构的目标跟踪方法, 将BoVW(视觉词袋)引入到跟踪方法中。构建了一种不依赖于具体特征类型的目标跟踪方法, 较好地解决了实际应用特征描述子在进行相似度度量时的计算和度量问题。再通过对误匹配特征的剔除和未匹配特征的关联预测,提高跟踪的准确性与鲁棒性, 最后对目标区域前景特征进行分离并对目标区域进行最优更新,得到更为精确的跟踪结果。

提高屏蔽腔体的屏蔽效能可增强民用航空机载电子系统的高强辐射场(HIRF)防护能力。基于Robinson模型, 提出一种可计算带有非中心孔阵金属屏蔽腔体屏蔽效能的修正模型。选用民航机载通信设备作为研究对象, 运用修正模型计算其屏蔽效能, 与三维电磁仿真软件的结果对比验证了所提模型的正确性。此外, 通过软件仿真分析了HIRF作用下不同孔阵、频率、位置对设备内部电场分布的影响。仿真结果可为民航机载电子设备的屏蔽壳体设计以及内部敏感器件布局提供参考。

为满足卫星姿态控制系统对单框架控制力矩陀螺(SGCMG)转子转速的动态以及稳态性能要求, 提出了一种基于遗传算法拟双环-锁相环的双模控制方法, 并在该方法中引入干扰力矩补偿控制, 进而实现干扰情况下的稳速控制。为模拟电流环和转速环控制, 利用遗传算法优化两组比例-积分(PI)参数组成参数可变的拟双环控制器, 与锁相环组成双模控制可实现转速的快响应、低超调和高精度控制。针对SGCMG框架转动对转子转速产生扰动的问题, 分析了扰动产生的原因, 推导并结合实验数据得出了框架转速θ·与干扰力矩Td的关系, 在此基础上设计角速率前馈控制器, 以力矩补偿的方式对干扰进行抑制。最终, 转速波动可抑制到无补偿情况的15%, 在期望转速4000 r/min的情况下, 转速稳态误差小于0.045%。