针对SINS/GNSS组合导航系统在GNSS信号失锁情况下定位误差迅速增大问题。提出一种基于Elman神经网络和自适应卡尔曼滤波的SINS/GNSS伪松组合导航方法。在GNSS信号可用时,利用SINS,GNSS数据训练Elman神经网络;当GNSS失锁时,利用训练好的网络模型预测GNSS观测值,保证组合导航的连续性。实验表明:GNSS信号失锁约3 min,该方法水平定位精度相较于纯惯导提高了64%,有效提高了纯惯导的定位精度。
为研究固体火箭发动机点火器工作过程中火药燃烧和输出压力规律,通过建立点火器点火药燃烧数学模型,对某点火器在密闭测压容器内燃烧过程进行了数值计算研究。分析了点火器内点火药燃烧规律和燃烧过程中测压容器内压力分布规律,计算得到的P-t曲线与试验结果具有较好的一致性,验证了所建立的点火药燃烧模型及计算方法的合理性和正确性。
对航空液压泵采集振动信号进行研究,首先提出改进阈值函数的奇异值小波去噪法,该方法对信号进行奇异值分解,把噪声非均匀分布的信号正交分解成噪声相对均匀分布的分量,然后采用改进小波阈值去噪法对每个分量进行去噪,最后重构去噪后的分量得到去噪后信号。该方法克服了软、硬阈值的缺陷,不仅提高了信噪比而且能很好地消除高斯噪声,抑制阈值法去噪时导致的伪吉布斯现象。应用该方法对仿真信号和实测航空液压泵振动信号进行去噪处理,结果表明,该方法有效可行。
针对基于接收信号强度指示(received signal strength index,RSSI)测距定位精度不高问题,提出基于测距修正和拟牛顿法节点定位(ranging correction and quasi-Newton method-based localization, RCNL)算法。RCNL算法由测距和定位两个阶段组成。在测距阶段,RCNL算法先利用RSSI测距,再通过正态滤波剔除偏差大的RSSI值,进而提高测距精度;在定位阶段,先通过Bounding-box算法估计未知节点位置,再利用拟牛顿法进一步估计未知节点位置,提高定位精度。仿真结果表明,在节点数为100,通信半径为25 m环境下,相比IDV-hop算法,RCNL算法的归一化定位误差下降了约6%。
针对无人机景象匹配导航系统对匹配算法的实时性和鲁棒性的要求,以协方差矩阵最小特征值为匹配算法的相似性测度,提出了一种改进的匹配算法。仿真结果表明,实时性方面,通过在离线方式下预先建立基于基准图的累加和矩阵,使协方差矩阵的在线计算量减少50%左右;抗旋转方面,对基准子图采用基于虚拟圆索引的快速圆形窗口定位算法,可以抵抗实测图5°~10°左右的旋转变化。该方法不仅在实时性、抗旋转方面有所改善,对实测图存在噪声干扰、小范围遮挡及小比例变化也有一定的鲁棒性。
针对低占空比(duty-cycled, DC)的无线传感网络(wireless sensor networks,WSNs),提出基于链路质量的能效任播路由(link quality-based energy-efficient anycast routing, LQAR)。LQAR路由先利用接收数据包成功率和距离估计链路质量,并结合链路质量和节点能量消耗速率两项信息,计算节点被选入候选任播节点集的权重。再依据能耗成本,构建节点任播集。仿真结果表明,相比于ORW协议,LQAR协议的平均能耗下降近25%,同时LQAR协议的数据包传递率达到99%。
针对现有无人机图像目标检测算法检测率低、误检率高的问题,提出了一种改进YOLO_v3-SPP网络的目标检测算法。以YOLO_v3-SPP网络为基础,在网络结构上进行更多尺度的特征融合,将DarkNet-53中的第3、第4卷积层的信息经下采样后送入网络中进行融合,可提高目标多尺度检测的准确度;引入异常检测网络对目标进行二次判定,可剔除误检样本,有效降低目标检测的误判率。在公开数据集和自建军事目标数据集上进行实验,平均精度提升了4%,改善了现有算法在侦察影像上应用时存在的漏检和误检问题。最后将算法模型移植到硬件平台,系统检测速度小于40 ms,具有较好的检测效果。
光学姿态测量以交会为主,交会区间的可靠性决定了测量数据的可用性,目前姿态测量布站主要采用沿关键段弹道中心对称布站方式,以成像大小和通用60°~120°为主要衡量依据,对于优化布站,最大化发挥装备效能尚存在理论上的缺陷。以精度评估为布站优劣评价依据,根据平飞段及攻击段不同测试需求分析,总结了靶场布站的重要影响因子,通过影响因素对不同布站条件下的规律进行分析,获取了靶场平飞段及主动段/攻击段最佳布站点,为实际姿态测量提供理论依据。
舵机伺服系统是运载火箭控制系统的核心组成部分之一,在火箭运行过程中需要具备快速的动态响应以及抗干扰能力。针对永磁同步电动舵机位置伺服系统提出了一种新型的滑模控制方法,并设计了一个扩张状态观测器(ESO)用于估计并补偿未知的干扰。该方法不仅可以实现快速的动态响应,还能有效的减小控制输入的抖振。为了验证所提方法的优越性,通过仿真与基于比例-积分的传统三闭环控制方法进行了对比研究。结果表明,所提出的方法具有更好的位置响应与干扰抑制性能。
旋转式定向战斗部集高破片杀伤动能利用率和高炸药爆炸能量利用率的优势于一身,受到研究学者的广泛关注。对弹目交会的研究是旋转式定向战斗部发挥旋转定向功效的重要前提,为此,建立了含有破片毁伤场的空空六自由度弹目交会模型,利用非旋转式轴对称装药的破片毁伤场,模拟旋转式非轴对称装药战斗部旋转任意角度后破片的飞散状态,并通过MATLAB进行了仿真。最终计算出了旋转式定向战斗部弹目交会时的最大毁伤效能下对应的起爆延迟时间和旋转角,并给出旋转机构的响应速度范围的具体计算方法,为旋转式定向战斗部引战配合设计提供了重要理论依据。
研究了一种海绵层适配器的快速设计方法,在满足总体指标要求下可快速设计出符合约束条件的适配器结构参数。利用离散混合约束方法,将适配器的离散变量转化为连续变量;利用刚性梁简化导弹、非线性弹簧简化海绵层进行参数化建模;对拉格朗日乘子法进行改进,结合优化策略将约束优化问题转为无约束优化问题,对离散混合约束优化数学模型寻优,快速获得满足要求的适配器结构参数。优化后的结构尺寸能够使适配器前、中、后变形量近似相等,在导弹存储时不发生倾斜。该方法能够自动探测结构的优化解,设计师仅需从中挑选出与实际工况相似的结构尺寸进行设计,快速可靠。
为研究轴向预制破片飞散角数据处理方法,利用某型轴向预制破片战斗部具备设定爆炸距离及精确控制炸点的有利条件,设计了一种炮射弹药的动态飞行试验。通过获取动态飞行下轴向预制破片密度分布,结合静爆破片威力场处理方法,提出新的破片比率积分、破片平均密度和间断位置3种数据处理方法。根据破片密度分布结果,计算并对比3种数据处理方法得到的飞散角,并由此得出间断位置数据处理方法获取的飞散角以角度区间的并集形式能较为全面的表示出破片杀伤分布。3种数据处理方法及试验结果可为实弹条件下弹药威力和毁伤评估提供技术支持。
为了研究加装雷达反射器对火箭靶弹气动特性的影响,利用计算流体力学软件对加装不同尺寸角反射器的靶弹与加装龙伯透镜反射器的靶弹进行数值仿真计算,分析了二者的气动特性并与原型弹进行了对比分析。仿真结果表明:加装角反射器靶弹的零升阻力系数增大3%,升力系数减小5%,静力矩系数最大增加7.5%;角反射器靶弹的零升阻力系数及静力矩系数随角反射器尺寸的增大而增大,升力系数随角反射器尺寸的增大而减小;加装龙伯透镜反射器靶弹的零升阻力系数增大80%,升力系数减少8%,静力矩系数最大增加5%;改造后的靶弹静稳定储备量均能保证飞行稳定。最后通过飞行试验验证了数值算法的可靠性及靶弹改造方案的可行性。
针对固体火箭发动机装药中含有大气孔(Φ20~Φ40 mm)缺陷会导致产品报废的质量问题,为节省生产成本、周期以及验证大气孔装药的技术风险,建立含大气孔的三维药柱模型,分别开展了药柱在低温载荷、点火升压及共同作用下的结构完整性分析、燃面变化的理论计算,并开展发动机地面点火验证试验。理论分析与验证结果表明,大气孔周围存在一定幅度的应力集中现象,但在低温、点火升压过程中并未出现从气孔处产生裂纹等影响产品安全性的问题;4发含大气孔的发动机均通过高工作压强的高温与低温点火考核试验,并与装药无气孔缺陷的发动机的点火试验曲线进行比较,点火验证考核结果及与正常药柱的试验曲线对比分析均充分表明,即使有大气孔(Φ20~Φ40 mm)的装药也可满足复杂的实际使用工况要求。该试验结果对其它产品的同类问题有较大的实用参考价值。
针对单台光测设备条件下不规则外形弹道目标的再入弹道估算问题,提出了以不规则外形再入弹道目标初始再入射面为基本约束条件,将光测设备视线矢量与初始再入射面的交点作为目标位置序列,得到与光测数据序列相应的目标位置序列,利用中点平滑方法得到弹道估值序列。在综合考虑目标初始再入射面偏差和光学测量数据误差的基础上,给出再入弹道误差估算方法。研究结果表明:该方法可以有效估计出再入目标的弹道参数,解决了单台光测设备测量数据不足,难以给出目标位置估值的问题。
为解决鸭式布局双旋弹控制飞行时的飞行稳定性问题,基于建立的七自由度刚体运动模型,推导得到该弹的攻角运动微分方程、陀螺稳定性、动态稳定性与追随稳定性判据,对其弹道特性和运动稳定性进行子数值计算与分析。结果表明,鸭舵启控时刻与最大舵偏角对控制通道的修正效果影响较大,同时会引起其他通道的附带控制偏差;过大的舵偏角会引起攻角发散,破坏飞行稳定;鸭舵启动控制后,得益于后体高速旋转,攻角剧烈震荡但不发散,高转速、低初速和小静力矩系数是鸭式布局双旋弹维持陀螺稳定性和动态稳定性的必要条件;增大升阻比有利于保证弹体的动态稳定性。
针对面向城市、山区和密林等复杂环境的四旋翼无人机实时避障需求,提出了一种四旋翼无人机在线规避航迹规划方法。在分析四旋翼无人机空间运动的基础上,采用分段多项式对四旋翼无人机飞行航迹进行建模,引入距离代价、碰撞代价以及速度和加速度惩罚项,通过几何引导将初始航迹吸引到自由空间以构成规避航迹,结合航迹平滑估计对规避航迹的平滑度、动态可行性进行优化,从而实现四旋翼无人机的在线规避和航迹重规划能力。最后在复杂环境模型中,从计算时间、运算复杂度以及成功率等方面进行仿真比较。结果表明文中方法具有运算效率高、平滑度好、成功率高的特点,能够在未知环境、快速飞行过程中自动避障以避免碰撞威胁,更适用于四旋翼的在线规避航迹规划。
基于头部进气固体火箭超燃冲压发动机工作特点,以高度25 km、飞行速度Ma 6作为设计状态,对头部进气固体火箭超燃冲压发动机各部件进行了初步设计。采用数值模拟方法,研究了不同飞行高度下头部进气固体火箭超燃冲压发动机补燃室燃烧性能的变化规律。研究结果表明,随着飞行高度的增大,化学反应速率整体降低,燃烧效率逐渐下降,引起补燃室推力及比冲增益减小。
近年来,卷积神经网络的决策过程受到了越来越多的关注,其内部运行机制促使研究者们开展了深入研究,并形成了基于显著性映射的视觉解释理论方法。文中提出一种适用于弹载融合图像的深度卷积网络视觉解释方法,该方法通过置信度提升重组神经网络梯度映射,并结合权重参数获得显著图。实验结果表明,与经典的视觉解释方法相比,文中方法具有良好的主观视觉效果,在平均下降和平均提升两类指标上都达到了最优,同时具备较为准确的定位能力。
针对传统U-Net对于目标小、分辨率低和背景复杂的遥感图像的飞机检测率低问题,提出一种轻量级多尺度注意力U-Net模型(LWMSAU-Net)。该模型由相互对应的编码子网络和解码子网络组成,编码子网络采用多尺度模块,在编码和对应的解码模块之间使用残差跳跃连接模块,将图像的浅层特征与深层特征融合,通过增加浅层特征的权重,更多地保留飞机图像的边缘和细微结构特征,最后的编码模块采用残差注意力连接模块,连接编码子网络和解码子网络,加强对小尺度飞机目标的检测。解码路径在每个模块反褶积将特征图的大小乘以2,使特征图的数量减半,并与对称编码路径的特征图相结合。与U-Net相比,LWMSAU-Net的层数减少1,在遥感飞机图像数据集上进行实验,结果表明该方法能够有效检测遥感图像飞机,准确率可达94.72%。
提出了一种多飞行器协同任务分配粒子群算法。首先,考虑飞行器载弹能力约束以及航程约束,建立多飞行器协同任务分配问题的数学模型。其次,分析粒子的连续性位置属性,为每个粒子构造了一个任务分配向量,从中可提取出相应的多飞行器协同任务分配解,实现了粒子群算法连续性解的离散化。最后,基于粒子群算法原理建立一种多飞行器协同任务分配算法,进行数字仿真实验,验证了所提算法的有效性。
针对多变量调节、喷管调节、进气道调节及定几何固冲发动机开展全飞行包线工作性能数值仿真,对比分析了不同类型固冲发动机不同工况下工作性能的分布情况和具体差异。结果表明,可调喷管可提高小喉径不可调喷管低空低速和大喉径不可调喷管高空高速时的推力性能;低速和高速状态下可调进气道和可调喷管分别对推力提升作用更大;在使用可调喷管的基础上使用可调进气道不仅能最大限度提高发动机推力和比冲,还可扩大发动机的正常工作包线;与中等喷管喉径定几何固冲发动机相比,多变量调节固冲发动机在高度为5 km,速度为Ma 2.5时推力提高24%,在高度为20 km,速度为Ma 4时比冲提高26%。
