针对GNSS/SINS组合导航系统的标准无迹卡尔曼滤波UKF算法不能自适应调节量测噪声均方差的缺陷,首先提出了该组合导航系统的变分贝叶斯自适应UKF算法(variational bayesian adaptive UKF,VB-AUKF),然后建立了VB-AUKF算法的量测噪声均方差迭代估计模型;最后针对影响变分贝叶斯估计精度的3个参数及基于VB-AUKF算法的组合导航系统进行理论仿真计算。结果表明:VB-AUKF算法的调节因子是决定量测噪声均方差估计精度的关键因素,其他2个参数的选择仅仅影响量测噪声均方差估计初值;当量测噪声均方差发生变化时,VB-AUKF算法可以自适应估计量测噪声均方差;相对于标准UKF算法,VB-AUKF算法可以提高位置及速度精度约为12%及51%,同时大幅提高姿态估计精度。
针对低信噪比下长序列LFM信号参数估计方法存在运算量大,实时性差的问题,提出了基于两维傅里叶变换(FFT)和变时延离散多项式相位变换(VD-DPT)相结合的LFM信号参数估计方法。该方法首先将一维长序列信号进行分解并组合成两维数组;其次,利用VD-DPT算法对调频率参数进行初步估计,并以此为基础利用解线性调频变换(Dechirp)对两维数组进行最大值寻优处理。数值仿真表明:所提方法较传统DPT方法信噪比提高约2~3 dB,复乘运算量在调频率较大时,较Dechirp方法降低约1个数量级以上,具有明显的运算速度优势。该方法也可应用于高机动微弱目标的雷达检测系统。
综合考虑任务时间窗以及无人机能力约束,以任务的平均时间成本最小为优化目标,提出一种无人集群分布式协同任务分配算法。首先,定义任务对于无人机的增益和边际增益,用以描述无人机执行任务的时间成本的变化情况。然后,建立包括任务添加、冲突消解和任务再分配三个阶段的分布式分配算法。最后,仿真实验结果表明:第三个阶段将任务完全分配率提高了13.76%,相比现有算法,所提算法将任务完全分配率提高了21.94%,任务平均完成时间降低了24.25 s。
研究梯形截面杀伤战斗部预制破片飞散特性规律,为梯形截面杀伤战斗部的设计提供参考。运用ANSYS/LS-DYNA软件建立了5种不同形状梯形截面杀伤战斗部模型,并进行了爆炸驱动预制破片的数值模拟,得到了破片分布规律、梯形面上破片飞散速度、不同起爆点破片的飞散特性。结果表明: 4个梯形面上的破片形成了4个破片束,下面破片飞散角最大,可达105°,梯形斜面上的破片飞散方向相对于斜面法向朝梯形下方偏转,最大偏转34.5°。θ为60°之前,梯形面上的破片平均速度随着θ的增大提高了8.6%,梯形下面破片平均速度大于梯形上面。θ过大会降低梯形下面和斜面上破片平均速度。梯形斜面上最大速度破片位于斜面上部。梯形对称轴上不同位置的起爆点对梯形面上破片周向飞散角和斜面破片偏转角影响不大,但是可以提高对侧方向破片飞散速度,下面破片增幅达3.7%。θ为45°、起爆点设置在梯形上面可使下面破片获得最大的杀伤威力。
针对图像探测系统对地面场景中目标探测及识别问题,提出基于距离轮廓信息与排序模型相融合的显著性目标检测方法,利用二维简易距离轮廓信息对可见光及红外图像实施分割,采用流形排序模型对图像进行处理,进而提高目标的检测性能。实验结果表明,白天条件下对显著性目标检测的准确率可达到87.7%,召回率达到91.6%;夜间条件下的检测准确率达到81.2%,召回率达到86.3%,证明了该方法在保证图像处理速度的前提下,能够显著提高目标检测的正确性。
基于无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)支持的移动边缘计算网络能够为移动终端提供按需计算服务,但是其能耗仍是亟待解决的问题。为此,提出基于UAV的移动边缘计算的最小化能耗算法(energy consumption minimization algorithm, ECMA),进而减少网络的总体能耗。先构建关于时隙分配、任务分配和UAV移动轨迹3个变量的目标问题;再将目标问题拆分成两个子问题:时隙分配和任务分配的联合子问题和UAV移动轨迹的优化问题,并分别利用迭代算法和连续凸近似法求解这两个子问题。仿真结果表明,相比于正交多址接入算法(orthogonal multiple access algorithm, OMAA)和等功率分配算法(equal power allocation algorithm, EPAA)算法,提出的ECMA算法降低了网络能耗。
无人机在军事、民用等领域都扮演着极其重要的角色,单架无人机往往不能满足实际需求,而无人机集群不仅可以弥补单架无人机在其执行任务时的固有缺陷,实现能力互补、高效完成任务,而且无人机集群的协同控制可以更合理地利用、整合资源,使整体性能或整体效益达到最大。因此,从无人机集群任务分配的集中式、分布式、集散式控制系统结构3个方面进行全面的分析和总结,同时就这3种结构的任务分配方法、信息传输方式以及优缺点、适用范围进行了深度的剖析和阐述,为无人机集群任务分配控制发展提供理论基础,对未来无人机集群控制技术提供一定的参考。
飞行器多学科优化能够提高飞行器总体设计的质量和综合性能,然而,在优化设计过程中,庞大的数据量与计算量、复杂的信息交互、非线性设计空间等会耗费大量的优化计算时间,从而降低优化效率及优化结果的准确性。文中针对飞行器多学科设计模型的特点,从工程应用的角度出发,通过构造代理模型,简化了优化迭代过程中需要进行的复杂的学科分析,有效提升了飞行器多学科设计优化的效率。
利用无人机(unmanned aerial vehicle, UAV)组建空中移动基站,可为地面终端用户提供更灵活、高效的接入服务。受UAV覆盖范围和有限能量的约束,研究如何建立能效最优的UAV部署算法至关重要。为此,提出能效最优准则下无人机空中高度的优化算法(optimal energy efficient based aerial altitude optimization, EEAO)。先在满足用户最小速率要求和UAV高度的约束条件下,构建能效最优的高度优化的目标函数。同时,定义能效时不仅考虑UAV的通信能耗,还考虑UAV在垂直爬升和悬停阶段的能耗。再分别利用和序列凸规划法(sequential convex programming, SCP)和单调分式规划法(monotonic fractional programming, MFP)求解目标函数,获取能效最优的UAV高度值。性能分析表明,基于SCP法求解的最优高度值与基于MFP法求解的最优高度值相近。同时,相比于不考虑悬停阶段UAV的能耗,考虑悬停阶段UAV的能耗可提升网络能效。
为提供火箭炮起落架相对于弹药装填车的精准位姿关系,提出了一种使用新型靶标的位姿视觉测量方法。使用一种以标志圆为定位原点的新型特征标志,解决了棋盘格因旋转带来的特征点排序混乱问题;基于边界聚类原理设计了椭圆检测算法;设计了一种Harris算法和角点检测模板相结合的角点提取算法,用于提取角点的准确坐标;利用特征点分布规律设计了特征点排序算法,用于实现特征点的自动排序。使用有限元方法得到起落架在不同载荷下的变形情况,经过分析发现其对位姿测量造成的误差很小,并得到减小起落架变形干扰的最合适靶标安装位置。位姿测量实验表明:文中算法的角度误差均值为0.16°,位移误差均值为0.29 mm,达到了测量精度要求。
基于现有的弹上点火装置测试设备只能提供供电、信道切换功能,尚需人工操作通用仪器去测量点火幅值、脉宽、电流等,其自动化程度低、可靠性差,无法满足生产调试及产品验收时大批量测试的需求。文中设计并研制了基于虚拟仪器的弹上点火装置自动测试系统。该测试系统采用上下位机结构,以cRIO平台为硬件核心,使用Labview进行软件编程。实际测试结果表明:单具产品测试自动化程度能够达到100%,点火电源输出精度最高能够达到±2 mV,点火信号时序控制精度最高能够达到±0.2 ms,点火电流采集精度最高能达到20 μA;系统自动化程度高,可靠性强,并具有一定的可拓展性。
文中基于低成本的光电导引头,提出一种无源目标定位算法。该算法根据导引头跟踪目标时测量的框架角,得到目标视线角,为此通过巡飞弹的实时位置与目标点位置,通过相关坐标转换关系,得到目标视线角,并建立目标定位的系统状态方程与测量方程。考虑测量方程的非线性,利用推广卡尔曼滤波方程对目标位置进行估计;并采用蒙特卡洛方法统计目标定位误差,分析各参数对目标定位精度的影响。试验结果表明,文中方法可对目标准确定位,定位精度为圆概率偏差CEP≤10.9 m,在工程上有效可行。
为提高制导火箭全球导航卫星系统(GNSS)在高动态环境中的稳定跟踪能力,提出一种使用弹上INS辅助GNSS载波跟踪环路的方法,该方法采用INS估计GNSS的多普勒频率信息,控制GNSS跟踪环路中本地信号的载波和码发生器,进而降低高动态环境对GNSS跟踪环路的影响。仿真实验结果表明,该方法不仅能有效减小跟踪环路的相位误差和多普勒频率跟踪误差,而且可提高GNSS在高动态环境中稳定跟踪能力。
红外激光双模复合制导是空面导弹未来发展的趋势之一。相比单模系统,红外激光双模复合导引头作用距离更远、抗干扰能力更强、环境适应性更好。文中分别从调制传递函数、渐晕系数、最小可分辨温差、噪声等效温差等性能指标对共孔径式和分离孔径式光学系统两种设计方案进行了仿真和对比实验,仿真和实验结果表明,相对共孔径式光学系统,分离孔径式光学系统在各项指标中均有明显的提升。分离孔径式光学系统相对于共孔径式光学系统,在33线对数条件下MTF提升了75%,无渐晕光线比例增加了25%,NETD和MRTD分别降低了61%和65%。此外,对分离孔径设计中激光光学子系统的测角线性度进行了仿真分析。结果表明,分离孔径式设计不会降低激光光学子系统的测角线性度。
针对深水炸弹水下爆炸威力毁伤测试试验时现有全备引信不能满足试验使用需求的问题,在原全备引信的基础上开展了一种安全型的起爆试验用引信设计研究。该引信结构主要由密封保险、水压保险和辅助保险机构等组成。通过采用非线性有限元软件AUTODYN进行数值仿真分析和水下解除保险试验验证相结合的方法,对密封保险机构中电雷管炸通密封结构进水口过程进行了数值模拟分析和试验验证,数值模拟与试验验证结果基本一致。试验引信通过跌落、运输、振动和水下起爆试验验证,结果表明:该试验引信能够满足勤务处理安全性要求,能够较好地解决深水炸弹水下爆炸试验中操作安全和工作可靠问题,具有一定的工程应用价值,可向其他类似水下爆炸试验推广应用。
针对天线副反射面的位姿调整、天线副反射面和馈源的整体调整,不能解决车载天线运输的限高问题,文中通过对车载天线副面组件的分析,结合Proe三维软件,提出了天线副面组件折叠下来的方案,并进行了实际测试。测试结果为第一副瓣电平小于-14.0 dB,指标良好,说明这个方案对于天线的副面调整可行。
针对武器系统中FlexRay总线应用广泛而带来的测试问题,提出了总线协议层+物理层多层级测试方法,不仅实现了节点数据收发功能的模拟,还具备了利用输出特定信号对FlexRay总线传输介质进行测试的功能,进而评估物理层传输品质。软硬件设计及测试验证表明,文中提出的多层级测试方法能够较好的测试评估FlexRay总线的性能,在武器装备的方案设计及集成测试阶段具有很好的工程应用价值。
粉末燃料供给特性是影响粉末发动机工作性能的关键因素之一,为探究粉末燃料的流化和输送过程,通过用户自定义函数实现运动壁面运动,构建了气体-粉末-运动壁面多作用耦合模型,基于欧拉双流体模型,开展了不同进气口数量对粉末燃料供给特性的数值模拟研究,并总结了动壁作用下的稠密气固两相流动规律。研究结果表明:在供粉初期,不同进气口数量下的固相流型演化过程相似,但粉末储箱上部的粉末体积分数随进气口数量增加而降低;在供粉中后期,随进气口数量的增加,粉床高度降低,粉末储箱下部的粉末体积分数增大。当进气口数量为6时,相比数量4和2时,粉末流量波动和压力波动分别降低了约7.6%和30.1%,即适当增加进气口数量,有利于提高粉末供给稳定性。
