为实现少数领导者下的大规模无人机集群协同控制,提出了一种基于特定有限交互规则的无人机集群协同控制方法。所设计的有限交互规则主要包括有限交互设计和交互机制设计两方面,其中无人机的有限交互通过基于有限视场限制下随机视线遮挡关系的邻居选择机制实现。无人机间的交互机制从位置协同和速度协同两方面进行设计,考虑无人机间飞行安全性设计了位置协同力,考虑不同时期无人机任务目的设计了速度协同力。仿真结果表明,所设计的有限交互规则可以实现无人机集群对于指定的少数领导者运动协同跟踪,并完成指定轨迹的集群协同运动。
在无人机端进行目标检测时,存在机载嵌入式设备算力有限、目标较小、背景复杂、图像分辨率低的问题。为此,目标检测网络采用YOLO体系框架进行轻量化和提升精度的改进。主干特征提取网络部分融合SPP模块,特征加强网络部分引入注意力机制,特征输出部分采用解耦头结构。通过对比测试验证了改进的算法具备实时性和高精度,适合无人机端的应用。
针对无人机对动态障碍物和静态障碍物的规避问题,充分考虑障碍物与无人机之间的安全边界等因素,并结合实际巡航中对雷达的反侦察场景,在二维平面使用速度障碍法并结合改进人工势场法对无人机的偏航角进行调整,解决了无人机在动态障碍物和静态障碍物的影响下边界分离和相交时的路径规划问题。以陆基雷达和机载雷达的参数设计三种动态和静态障碍物数学仿真模型,仿真结果表明,无人机可以自主选择偏航方向对障碍物进行规避,有较好的实时性和准确性。
针对基于单架无人机的空中基站为灾区居民提供通信服务的应用场景,提出用户服务质量约束下无人机能效优化算法(energy-efficient optimization of unmanned aerial vehicle algorithm under quality of service constraints, EEOA)。旨在满足用户服务质量条件下,实现无人机能效的最大化。用户采用非正交多址接入策略向无人机传输数据,无人机端采用串行干扰删除技术解调各用户信号。首先,推导满足服务质量条件下优化无人机能效的目标函数;然后通过数学转换处理,得到关于无人机高度的目标函数;最后,利用二分法求解,得到最优的无人机高度值。仿真结果表明,相比于均衡正交多址接入算法,提出的EEOA算法有效地提高了无人机能效。
因机动灵活、操作简单,无人机(unmanned aerial vehicle, UAV) 被广泛应用于应急救援系统。为此,提出基于测距的分布式UAV部署算法(RDUM)。与传统的部署算法不同,RDUM算法不再假设地面终端用户(ground terminal, GT)的位置信息是已知信息。RDUM算法只需通过测量接收信号值,估计UAV与GT间距离,然后再利用这些距离数据,并结合凸包理论,部署UAV,使UAV与GT间距离最小。同时,RDUM算法为分布式算法,每个UAV可独立运行,易部署。仿真结果表明,RDUM算法能够降低UAV与GT间距离,提高GT端的信息容量。
无人机集群技术的快速发展未来战场新的作战模式,主要分析了美国、俄罗斯、以色列、英国等军事强国正在发展的无人机集群作战系统的现状,包括“小精灵”、“郊狼”、“闪电”等无人机蜂群项目和“天空博格人”、“蚊子”、S-70“猎人”等“忠诚僚机”项目,另外还介绍了基于无人机集群技术的美国“金色部落”弹药蜂群项目,在此基础上,在无人机集群作战系统模块化设计、低成本化发展、多平台应用以及前沿技术探索等方面总结分析了未来的发展趋势。
针对无人机在复杂障碍物环境下追踪机动目标的问题,提出了一种基于IMM-PPO的导航跟踪策略,估计多模型混合的机动目标状态信息,设计基于目标跟踪性能、追踪逼近时间以及障碍物约束的奖惩函数,并在Actor-Critic网络结构下设计近端策略优化的算法框架,通过智能体与环境交互,训练出奖励最大化下的网络参数。训练后的决策网络能够根据环境信息完成避障导航并实现对机动目标的稳定跟踪。仿真结果表明,相比于传统避障跟踪算法,基于IMM-PPO的导航跟踪策略具有更好的跟踪性能、更快的追踪速度以及更短的避障导航路径,且在初始条件改变的情况下仍具有一定的自主追踪能力,在应用于无人机机动目标追踪任务中时具备更大的优势。
针对三维复杂地形环境中无人机航路规划时存在的求解效率低、易陷入局部最优值等问题,提出了一种基于融合多策略改进的麻雀搜索算法(CFSSA)的实时航迹规划方法。为解决麻雀搜索算法收敛速度慢、寻优精度低等问题,首先,采用Circle混沌映射初始化种群,使种群分布更加均匀,提高了麻雀种群位置的多样性;其次,对麻雀的位置信息进行优化,采用萤火虫扰动策略使得算法的灵活性和搜索范围增加,抑制群体过早的收敛,提高了算法的收敛速度和精度。最后,通过6个标准测试函数验证了CFSSA算法的有效性,能够突破局部最优解的限制,获得更高的精度。仿真结果显示 CFSSA 算法较其他算法代价最优且方差较小。
针对无人机群目标打击任务分配问题,提出一种基于强化学习的无人机智能任务分配方法。该方法提出一种任务分层框架,将多个无人机视为一个联盟并对目标进行分类,形成任务簇,并映射到无人机联盟中,通过多智能体强化学习算法(MADDPG)将任务簇内的目标与无人机联盟内的小无人机进行合理配对并对目标实施打击,得到MADDPG算法的回报值和飞行轨迹,并与DDPG算法、DQN算法的回报值和飞行轨迹进行对比。仿真结果表明,在小样本任务分配中,与不分层方法相比,该方法可以提高目标任务打击完成度,提升目标打击的效率;在分层框架下,相比于其他两种算法,收敛速度更快,收敛过程更加稳定。
由于所处的环境较为复杂,因此无人机进行安全的路径规划至关重要,但规划生成的路径中有许多不适用的急转弯。针对此问题,使用基于空间变形的混合算法,即通过灰狼算法获得全局路径,利用空间变形算法获得最佳规划路径,以保证无人机的安全飞行。仿真结果表明,该方法能够顺利实现无人机的路径规划,且具有较好的平滑性和安全性,验证了所提算法的优越性。
针对大气数据系统由于气候、电磁波等因素导致大气参数信息丢失或误差较大的问题,提出了一种基于航迹推算算法的无人机冗余容错设计方法。采用设备冗余、数据容错的设计方法提高了设备的稳定性,并利用容错卡尔曼滤波提高数据测量精度,将传感器读取的原始大气参数进行滤波并对其误差进行分析,获得各传感器的权重,最后根据权重进行信息融合得到最优数据值。实验数据表明:该方法能够提高数据的测量精度、故障检测率并有实时的容错性,能够满足无人机自主飞行的需求。
为降低某实心导弹尾翼结构重量,参照飞机机翼梁、肋结构对其进行优化。在保持外形的基础上对其进行中空处理,在中空内部添加加强筋结构进行补强。通过初步设计确定了加强筋的数目,再利用标准二次多项式的方法拟合出加强筋位置和宽度参数对最大应力、最大变形和质量的响应面函数,根据响应面对参数进行优化。优化结果显示:在最大变形和最大应力基本保持不变的前提下,质量降低了25.67%,达到了较好的轻量化效果,对实心导弹尾翼轻量化设计具有一定的参考作用。
机载地形匹配系统作为一种重要的现代航空导航手段,在其实际运行过程中需对机载高度传感器、惯导、数字地形高程数据以及匹配算法进行综合处理,以获得高精度、可靠的定位结果。文中讨论了机载地形匹配系统的组成及主要功能,分析了地形特征传感设备、数字地形高程数据库、主导航设备及地形匹配算法的典型应用方式,提出了以捕获模式的可靠性、跟踪模式的精度等作为系统性能的关键评估指标,并通过实际飞行数据对所设计的数字地形匹配系统进行了性能测试。测试结果表明,在实现过程中模式控制逻辑工作稳定,没有出现虚假定位现象,捕获模式和跟踪模式的精度均优于50 m。
以某小型精确打击导弹为研究对象,利用NX三维设计软件构建了弹上电缆网的结构模型。研究了电缆敷设对产品质量、质心及质偏等质量特性参数的影响规律,并对弹上电缆网敷设方案进行了优化设计。优化后弹体实测质量较原始状态减少245 g,质偏减少0.061 mm。研究结果表明,该方法能够提高电缆网敷设设计效率和质量,为弹上电气及弹体结构设计提供依据,具有提质增效的重要工程意义。
针对湿微下击暴流特性会对火炮射程、侧偏等参数产生一定的偏差,对火炮的射击精度影响较大问题,以155 mm火炮杀爆弹为研究对象,基于涡环原理与流体力学建立微下击暴流与雨滴运动模型,并融合为适用于弹道分析计算的湿微下击暴流模型,将湿微下击暴流模型与火炮6自由度弹道方程结合,仿真并分析不同初始涡环中心诱导速度对火炮平射与曲射两种发射方式射击精度的影响。实验结果表明:对于低伸弹道,外弹道侧偏与偏航角增加比例随着初始中心涡环诱导速度的增加而减小;而对于远距离射击,火炮射程随着初始涡环中心诱导速度的增大而减小,严重影响火炮的射击精度与杀伤效果。
中远距空空导弹通常采用捷联惯导/GPS+双向数据链+末制导的复合制导体制,机弹惯导对准误差和机载雷达测角误差是目标指示误差的主要误差源。在攻击隐身目标时,由于导引头探测距离减少,对准误差和测角误差对目标指示误差影响更加显著,降低了截获概率约束的攻击距离。针对中远距空空导弹中末制导交接班,提出了一种基于相对坐标计算目标指示误差方法,推导了计算公式,并与采用绝对坐标计算目标指示误差方法对比,结果表明采用相对坐标的目标截获概率模型显著提高了中末制导交接班时的目标截获概率。
简介了末敏弹等弹药发展中降落伞等柔性减速装置的应用情况。主要基于末敏弹降落伞的研制实践和弹药用普通降落伞的设计需求,提出并定义了伞冠和伞冠载荷结构系数等概念,系统性地建立了以伞冠载荷和伞冠承载能力作为主要表征参数的伞冠强度计算及校核的工程计算方法。实践表明,该方法适用于多种伞型的普通降落伞的伞冠结构和强度设计。
针对脉间相位编码波形带来的多普勒维旁瓣抬高的问题,提出一种基于clean思想的旁瓣抑制方法。首先通过脉间多普勒处理在频域聚焦目标能量,然后加窗截断目标位置后变换至时域完成目标信号重构,最后通过构造不同编码信号完成旁瓣抑制。所提方法可以有效解决脉间相位编码导致旁瓣抬高影响弱小目标检测的问题,仿真验证了方法有效性。
针对目前缺少末敏弹单元红外探测系统识别判据研究的问题,提出了基于红外敏感器探测率的红外探测识别判据。推导出敏感器的探测率和探测视场内的目标幅射功率的乘积与探测信号信噪比的关系,并将其作为识别目标的判断依据。仿真表明,在探测率达到一定数值,且目标与背景存在+20 ℃以上的温度差条件下,即可实现对集群目标的探测和识别,真实反映敏感器对目标的探测识别能力,所得结果与实际测试相吻合,对今后末敏弹的红外探测研究具有一定的指导意义。
针对精确模型研究弹药温度变化的计算精度低、可靠性差的问题,提出了运用BP神经网络研究弹药传热规律的方法,建立了基于BP神经网络的弹药传热模型,以某两型榴弹传热实测数据对模型进行了训练,利用训练后模型对另一型榴弹的传热规律进行了仿真计算,结果表明:该模型逼近精度高、计算速度较快,可用于预测弹药的传热规律。
