蜂群作战模式是未来体系作战的一种重要形式,蜂群节点间的通信安全至关重要,然而现有保密通信体制存在一定的失密风险。文中分析了量子密钥管理系统架构和目前存在的问题,评估了短期内量子通信在蜂群作战中直接应用的可行性,提出了一种量子密钥与现代密码体制相融合的新型保密通信体制,可有效提高蜂群自组网的通信安全性。
人工智能是改变世界的颠覆性技术之一,也是影响未来国家实力的重要因素,在军事领域有广阔的应用前景和巨大的发展潜力。根据国内外目前在人工智能武器装备及智能化导弹技术的研究现状,结合人工智能技术在军事领域的应用,以3款智能化导弹为例,总结了现有导弹所具有的智能化技术,提出了将应用于未来智能化导弹中的8种关键技术及发展构想。最后剖析了人工智能技术的双面性,并构想出未来战争形态。
在无法接收卫星信号的情况下,运动平台可利用地磁异常场来修正惯导误差,美国国家环境信息中心发布了分辨率为2'的全球地磁异常网格EMAG2。设计了基于EMAG2的惯导/地磁组合导航仿真系统,完成了位场延拓、地磁测量数据生成、运动模型求解等问题的研究。经仿真验证,对于不同精度的捷联惯导,采用地磁辅助后,位置误差最大值可控制在0.3~1.7个网格以内,位置误差均方根可控制在0.1~0.7个网格以内。
传统定位算法假定节点的RPP是圆形的,但由于信号衰减、阴影以及干扰等原因,节点不具有圆形传播特性。为此,提出面向非圆形RPP的基于人工神经网络ANNs的加权质心定位算法 ANNs-WCL。ANNs-WCL定位算法通过新的测距算法估计未知节点与锚节点间的距离,再利用ANNs修正非圆形RPP所产生的测距误差,并由加权质心定位算法估计未知节点位置。仿真结果表明,与传统的非测距定位算法相比,ANNs-WCL算法的根均方定位误差得到有效的下降。
针对电磁轨道发射装置动态发射过程中的多物理场耦合计算问题,采用基于Laplacian方程映射的动网格移动方法,根据多物理场的控制方程,借助有限元仿真平台建立了动态发射条件下电磁场-温度场-结构场的耦合计算模型。根据模型计算,分析了动态发射过程中电枢和导轨上的电流密度、温度和应力等物理量的分布特征。结果表明:该仿真模型能够得到电磁轨道发射过程中的一些典型现象,如电磁扩散和熔化波烧蚀;对于C型电枢结构,电流密度、温升和应力主要集中在喉部区域,如果电枢喉部区域所受的平均应力高于该区域平均温度下的屈服强度,则会造成电枢的变形和断裂。
为研究自动榴弹发射器磁流变主动缓冲器的动态特性,建立了发射载荷下磁流变缓冲器与弹簧复合工作模式的缓冲器模型。利用自适应权重的粒子群优化算法对其结构进行优化,通过有限元法对优化前后磁场进行验证。对不同电流状态下缓冲器输出的阻尼力进行分析,得到发射载荷下缓冲器的动态特性。研究发现:在发射载荷下,磁流变缓冲器相对于弹簧液压缓冲器有较快的响应速度,较好的平台效应,较大的阻尼力调节范围,可以有效、快速削弱武器射击时的冲击,进而提高武器复杂环境下射击适应性和射击精度。
轻量化是机载装置的重要设计指标和导向。为了验证某型机载装置构件在采用碳纤维复合材料轻量化设计后的性能指标,对该型碳纤维复合材料构件结构,工艺进行了优化,并通过试验方法考核其强度,用试验数据验证了优化后的构件强度性能明显优于优化前的构件。通过对高性能碳纤维复合材料在主承力件上的应用研究为机载装置轻量化奠定一定基础。
主要研究位于临近空间的高马赫平台内埋弹射导弹的发射分离安全性,采用数值计算方法分析在25 km高度不同攻角状态下导弹的分离姿态和安全性。仿真采用基于非结构网格的网格重构(remeshing)和弹簧光顺(spring smoothing)相结合的动网格技术,通过计算不同攻角下导弹的运动姿态和分离特性,从而确定攻角对导弹分离安全性的影响,为临近空间高马赫机载制导武器的分离安全研究提供参考。
导弹发射流程的时序设计决定了导弹武器系统的作战反应时间,而总线网络延迟是时序设计的重要依据。现有的总线延迟测试手段仅针对单体部件。为了实现系统级总线网络延迟摸底测试,搭建了一种应用于智能弹药的电气系统时序仿真平台,对系统硬件架构、软件建模与仿真进行详细设计。通过真实部件在环的某型导弹击发时序的仿真试验,实现了系统级总线网络延迟的摸底测试,试验结果表明该系统可以完成对某型导弹击发时序的优化。
为解决弹箭引战系统终点效应火箭橇试验攻角精确模拟与控制难题,采用火箭橇试验战斗部攻角动态数值计算方法,通过开展火箭橇弹橇分离装置结构及分离时空位置优化设计研究,实现了火箭橇试验弹橇间无扰动分离,并达到了攻角控制偏差≤±0.5°的指标要求。该研究结果可用于精确、高效战斗部火箭橇试验攻角设计与控制,为相关技术研究提供一定参考和技术支持。
为获得合适的冲击特性,以某冲击载荷加载试验为依托,基于碰撞能量转移原理,提出一种通过电机驱动、齿轮齿条传动、碰块直线运动结合的电动冲量发生器设计方案。建立了该型电动冲量发生器的数学模型,分析了设计参数对产生冲量的影响,提出了满足不同冲量要求的模拟试验的调整方案。研究结果表明:新型电动冲量发生器可以较好模拟试验所需的冲量,可以通过调整碰块质量的大小以满足不同冲量要求的模拟试验。
为了研究复合壳体装药的抗破片冲击能力,以一维冲击波理论为基础,对其传播特性进行了分析,应用阻抗匹配技术进行不同材质的复合带壳装药在破片作用下的数值模拟,分析各介质接触面的压力、输入炸药的初始压力、能量,结果表明:阻抗排序为大-中-小对冲击波压力有较好的抑制能力,可有效削弱冲击波压力峰值;各分层壳体存在合理的厚度匹配,变壳体厚度的带壳装药抗冲击波效果强于分层等厚度壳体装药。
制导弹药在科研、生产、装备等阶段,综合测试需要进行设计优化及技术状态确认,测试过程会产生大量测试数据,目前测试数据主要依靠人工判读来完成。针对人工判读时间长,误判概率大等不足,根据测试数据的特点对各物理量参数进行分类并设计了判读规则,依据该判读规则可对物理参量以及制导部件是否合格进行自动判断,最后将判读结果生成测试报告,提高了测试效率和判读的准确性。
为了提高作战平台任务载荷的携带量,使用拓扑优化技术对无人武器站进行轻量化设计。通过对原有结构的仿真分析,获得了优化所需的设计边界条件,并以轻武器模块和回转平台的优化过程为例,研究了单元密度提取阈值对结果的影响。模型重建并仿真分析,验证了拓扑优化技术的可靠性,与原结构相比,新的设计方案在满足各约束条件下,实现减重11.1%。
维持网络覆盖是无人机网络的基本要求。为此,对无人机网络的覆盖性能进行分析,推导节点密度与实现监测区域的全覆盖间关系。首先估计节点的覆盖区域,进行六边形和正边形近似处理,并利用六边形和正边形网格对监测区域进行网格化处理。然后,结合渗透理论,推导实现监测区域的全覆盖下的单网格内的节点密度,最后通过试验分析得出单网格内的节点密度能够作为估计网络覆盖的有效参数值。
采用LS-DYNA有限元软件对钢筋混凝土靶动态空腔膨胀物理过程进行了数值模拟。获得了不同配筋率下,混凝土空腔边界的膨胀压力与膨胀速度的关系,以及不同空腔膨胀压力下混凝土中某时刻的径向应力场分布,探讨了钢筋对混凝土动态空腔膨胀过程的影响。结果表明:钢筋的存在有效约束了周围混凝土,减小了混凝土各区域大小,同时降低了混凝土空腔边界的膨胀速度。
针对基于到达时间TOA的源定位,利用源的先验位置信息提高现存基于测距定位算法性能。提出先验位置信息的TOA定位算法。将先前获取的源位置的均值和方差作为先验信息,利用这些先验信息,再结合最小均方误差和基于惩罚函数策略估计源节点位置。仿真结果表明,相比于同类的源定位算法,提出的源定位算法有效地提高了定位精度。
火箭炮向着自动化、信息化的方向发展,传统故障诊断方法的局限性日益突出,现代火箭炮需要快速准确地进行故障诊断,以适应现代战争的要求。针对火箭炮电气系统故障的特点,提出一种基于一维卷积神经网络的火箭炮电气系统故障诊断方法。基于某型火箭炮电气系统的故障数据,建立了故障诊断模型,经验证该故障诊断方法的准确率可达98.61%,证实了卷积神经网络应用于火箭炮电气系统故障诊断的可行性。
针对高分辨雷达在杂波环境下对距离扩展目标的检测问题,提出基于辅助数据矩阵估计的距离扩展目标检测器λ-GLRT,该方法利用已知杂波协方差矩阵得到目标检测器,结合辅助数据估计杂波协方差矩阵,将估计矩阵代入检测器,从而实现杂波抑制和目标检测的目的。仿真结果表明,提出的检测器比GMF和NMFI检测器有更优的目标检测性能,对杂波具有自适应性。
针对空天防御作战指挥中的目标威胁评估问题,在空天目标评估指标不确定信息的区间数量化,指标权重未知的情况下,提出了一种粒子群优化组合权重的直觉模糊空天威胁评估方法。该方法在考虑决策者对指标偏好和客观优化排序的基础上,采用粒子群算法优化主客观组合赋权的目标函数获得指标权重,然后构建了多属性直觉模糊威胁评估模型。最后,通过空天目标威胁评估实例验证了该方法的有效性。
下压段作为助推滑翔高超声速导弹的导引段,其攻击范围直接决定导弹可执行的使命任务以及可打击的典型目标。基于三自由度下压段弹道仿真模型和满足落角约束的最优导引律模型,建立下压段起始高度等因素对导弹攻击范围的影响分析模型,并通过弹道平移的方法仿真分析各因素对攻击范围的影响。通过仿真分析得出各影响因素对助推滑翔高超声速导弹攻击范围的作用机理,可为导弹下压段弹道设计及导弹作战能力评估提供理论和技术支撑。
基于数值虚拟飞行技术,研究自旋尾翼鸭式布局弹箭尾翼姿态变化对弹体气动特性及操控性的影响。通过耦合求解非定常流动控制方程、刚体动力学方程以及舵偏控制率,对自旋尾翼鸭式布局弹箭的俯仰机动过程以及闭环滚转控制过程进行了模拟。结果表明:弹体作纵向机动,自旋尾翼处于“十”型姿态时鸭舵洗流的作用最显著,尾翼旋转运动对弹体俯仰操控能力有一定程度减弱,但对俯仰振荡收敛时间以及平衡姿态角影响较小;在滚转姿态控制过程中,采用自旋尾翼时的滚转控制力矩是采用固定尾翼的3倍以上,且全弹的俯仰气动特性基本不受影响。
为了对翼型动态实验中边界层转捩的测量问题及脉动压力信号处理方法进行研究,开展了翼型动态风洞实验,对不同振荡频率下的翼型表面边界层脉动压力特点及转捩判定方法进行分析。结果表明,基于脉动压力均方根值的转捩判定方法同样适用于翼型动态实验,动态实验下的脉动压力均方根值大于相同状态下的静态实验,且具有多个峰值,第一峰值位置具有很强的转捩特征,可以用其判定转捩。同时,动态转捩位置相对于静态有所提前。
针对吸气式高超声速飞行器动力学模型,设计一种基于预设性能的反演鲁棒控制器。在反演控制的设计框架下,基于预设性能函数对跟踪误差进行转换实现对收敛速度、超调量的约束。为解决反演控制鲁棒性能较弱的问题,基于改进的反正切微分器构造了一种新型干扰观测器,对模型中的不确定项进行估计。仿真实验表明,该方法能够较好的实现对控制系统瞬态性能的约束。
基于GMR-1(geostationary earth orbit mobile radio interface)协议的某型卫星通信系统对我国实现了全域覆盖,造成信息安全隐患。针对传统干扰方法效率低的问题,提出了基于信道独特字序列检测的灵巧式干扰技术。首先,根据干扰可行性分析,采用相关匹配对独特字序列进行位置识别;然后,提出精确瞄准和相似序列空时隙插入干扰的灵巧式干扰策略并在广播控制信道传输模型上开展了对比试验。试验结果表明,该方法能准确识别逻辑信道中独特字序列位置并实现灵巧式干扰。
为探索强电磁脉冲对某型火箭弹发射性能的危害,分析了强电磁脉冲传播特性和耦合机理,建立该型火箭弹发动机模型并进行电磁仿真计算,得到电磁耦合效应规律,计算了点火线路的感应电流并进行实验验证,最后对电磁安全性进行了分析评估。研究结果表明,强电磁脉冲对火箭弹发射性能构成一定危害,其电磁安全性评估可以采用最大允许电磁环境为表征指标。
为明确不同加筋金属板在爆炸载荷下抗爆性能的变化和响应特点,采用AUTODYN软件对不同爆炸载荷下的8种加筋模式金属板进行了模拟。结果表明:1)未出现破口之前,挠度与比例距离近似呈线性关系;2)相同载荷下随着加筋模式的改变,中心点残余挠度呈现“阶梯式”变化;3)加强筋未穿过金属板中心时,中心点残余挠度较大;4)随着加强筋数量的增加,塑性变形能在总能量中的占比逐渐降低,金属板整体抗爆性能增加。研究结果对金属板抗爆设计具有参考价值。
针对GPS L1C信号中CNAV-2电文的帧同步问题,提出了基于多重分形谱的帧同步算法。在对待同步序列进行固定长度拆分的基础上,通过计算各拆分序列的多重分形谱宽度值分布,实现电文数据的粗同步。利用电文数据的结构特点,结合BCH编码码字已知的条件,对粗同步序列进行码字匹配,并最终实现电文数据的准确同步。仿真实验表明,在误码率较高的条件下,拆分序列的多重分形谱宽度值依然存在周期性的峰值分布,文中算法具有较好的抗误码性能。
为研究三棱柱形大长径比预制破片在翻滚状态下从超音速至亚音速区间的速度衰减规律,建立了破片翻滚模型。并结合数值计算和靶场试验与等效迎风面积法进行对比。结果表明,试验结果与三棱柱形大长径比预制破片速度衰减模型所得结果相吻合,与等效迎风面积法存在较大偏差。证明了三棱柱形大长径比预制破片运动过程中自身的翻滚是不可忽视的,等效面积法会导致计算结果产生较大偏差或失真。
