人工智能技术在宽域飞行器控制中的应用

针对人工智能技术在宽域飞行器控制中的两种应用技术途径进行了研究,其中包括利用深度神经网络辨识飞行器关键特征,实现控制增益的精准调度,提升对模型不确定性的自适应能力;以及利用深度神经网络建立神经网络动力学对飞行动力学的映射表达,实现“端对端”控制。最后对有待持续深入开展的人工智能应用研究进行展望。

基于在线仿真的无人机飞控系统智能校正技术

针对程控无人机智能化程度不高的问题,提出了基于在线仿真系统的飞控系统智能校正方法,采用在线状态监控及分析、仿真模型实时更新等技术,设计了无人机在线仿真系统,实现了无人机航迹纠偏、速度调整等在线辅助控制,进一步提高了无人机飞控智能化程度。并通过无人机数学模型仿真系统与飞控系统硬件在回路的仿真测试系统,进行实验验证,实现智能校正技术与人在回路控制方法的有效结合。

智能化战争与无人系统技术的发展

对军事领域无人系统技术的发展现状进行了综合评述,并对未来研究进行了展望。首先分析未来战争的发展趋势,指出未来战争将是智能化战争,并且无人系统是未来战争的主力军。随后通过列举美国在军用无人系统技术领域的发展现状,说明美国正在分布式、多域作战概念牵引下大力推动无人系统智能化技术的发展。最后从无人平台的智能化、武器系统的智能化及作战运筹的智能化三个方面对无人系统技术在未来智能化战争中的应用给出建议。综述表明,智能化协同的无人系统集群作战是未来战争的主要形态,人工智能、分布式是当前以及未来一段时间内无人系统技术的研究热点。

多飞行器协同制导仿真技术研究

通过分析多飞行器协同仿真系统的组成和运行机制,明确其形式体系属于离散事件和微分方程组合的规范系统(Discrete Event System&Different Equation System Specifications,DEV&DESS)。将对协同制导仿真系统的运行控制问题转换为一种特定的DEV&DESS系统仿真控制问题,提出了基于协调器的协同仿真试验方法,并通过实时的数学仿真试验对方法进行了验证。

基于果蝇算法的约束区域均匀实验设计方法

针对已有的基于差分演化算法的两阶段均匀实验设计方法仍存在种群在约束区域分布多样性不佳和局部搜索能力不强的问题,提出了一种基于果蝇算法的两阶段均匀实验设计方法(two phase fruit fly optimization algorithm, ToPFOA)。ToPFOA第1阶段运用融合差分算子的果蝇搜索策略、基于K-means聚类及外部文档更新类中心等方法,以动态改进种群在约束区域分布的多样性;在此基础上,第2阶段进一步使用自定义果蝇算子提高约束区域内局部搜索能力。实验结果表明ToPFOA在解质量和稳定性上均优于ToPDE和ToPDEEDA。

飞行器集群协同定位与导航对抗技术发展与展望

以动平台飞行器集群为对象,剖析集群协同定位与导航对抗技术内涵,分析技术现状,提炼技术难点,展望技术发展趋势,为未来中国飞行器集群自主时空基准体系构建及导航对抗提供新思路。

一类强耦合强不确定性强非线性快时变系统复合控制

分析一类强耦合强不确定性强非线性快时变系统的控制问题。基于系统力学特性和动力学特性,提出一种复合控制方法。该复合控制方法由三个核心模块组成,依次为强耦合强不确定性控制模块、强非线性快时变控制模块、智能调度模块。以某典型强耦合强不确定性强非线性快时变特性飞行器对象为例,给出了采用该复合控制方法的详细设计。最后,在精确的仿真模型基础上,考虑天地不一致性情况,进行了多组仿真分析,仿真结果表明,该方法有效、可靠。

考虑集群尾涡气动耦合效应飞行安全约束的协同制导技术

集群飞行器协同打击能增加整体作战效能,然而飞行器密集飞行面临机翼尾涡导致的飞行安全问题。针对集群协同打击过程中尾涡气动耦合效应会引起邻机产生过大诱导滚转力矩所导致的飞行安全问题,提出了一种机翼尾涡作用下能够满足飞行器集群飞行安全约束的协同打击策略。建立了飞行器集群密集飞行过程中机翼尾涡效应危险区域模型,并分析了尾涡诱导速度及其导致的诱导滚转力矩规律,在此基础上设计了基于改进人工势场斥力函数的尾涡危险区域规避机动策略;基于预估攻击时间一致性误差变量,设计了分布式时间协同制导律,保证所有飞行器的打击时间能够在有限时间内达到一致,并基于李雅普诺夫稳定性理论给出系统攻击时间误差的稳定性证明。仿真结果表明,所提出的考虑尾涡效应飞行安全约束的协同打击策略能够有效降低飞行器密集飞行时受到的尾涡干扰,既保证了飞行器集群飞行安全,又确保了集群协同打击的时空一致性。

新型光电探测技术在精确制导武器上的应用研究(特约)

精确制导武器是现代战争中的主战武器,采用光电制导的精导武器具有分辨能力强、命中精度高的优势,在对地对海、防空反导、空间攻防等领域得到广泛应用。随着光电制导武器在现代战争中的作用愈发突出,其相应的对抗手段也在不断发展,使其面临的作战环境日趋复杂,光电制导系统需不断增强对复杂作战环境的适应能力。在对红外、可见光、激光半主动等光电探测技术在制导武器中的应用现状总结基础上,分析了当前技术对抗恶劣自然天气、复杂背景、人为干扰等作战环境能力的不足。针对当前发展的多光谱探测、偏振成像、激光三维成像、量子探测等新型技术,介绍目前研究进展和成果,主要包括多光谱/多谱段成像对抗真假目标和识别伪装、偏振成像对抗雨雾等恶劣自然天气、激光三维成像在对抗复杂背景和穿透遮蔽等方面的应用优势和研究进展。最后,系统分析了当前新型探测技术应用存在的问题和需要突破的关键技术,并建议从基础器件研发、信息处理和目标特性研究等方面着力,通过基础技术和应用技术的联合攻关,推进新型探测技术的制导应用取得突破。

基于演化算法的约束区域均匀仿真实验设计方法

仿真系统通常依赖实验设计来产生仿真参数。面对约束区域下均匀实验设计存在的设计难度大、计算代价高的问题,改进了一种两段差分演化算法。将抽象的实验设计问题建模为一个约束优化问题。设计了一种融合分布估计和差分演化的求解策略;并提出了一种删点迭代的方法,降低优化种群均匀性的时间复杂度。采用标准测试题和工程应用问题进行实验分析。实验结果表明:新算法在求解性能、算法稳定性、以及计算复杂度上都优于原算法。

双/多基SAR回波信号仿真技术研究

结合双/多基SAR线性调频信号回波模型,提出了双/多基SAR基带回波信号仿真方法。提前将成像场景图以特定分辨率进行划分,并预置每个场景单元的电磁散射系数。根据双/多基SAR雷达平台飞行航迹信息,在特定的几何关系下,实时计算双/多基雷达收发天线与目标单元距离、收发天线方向图加权因子等关键参数。通过这些关键因素计算系统响应函数,利用快速卷积的方法实现了复杂场景的双/多基SAR基带回波信号实时仿真,通过仿真验证了该方法的正确性。

飞行器半实物仿真技术现状与发展趋势分析

半实物仿真技术已经成为飞行器等复杂工程系统必不可少的重要仿真方法和手段,随着新兴技术的涌现,飞行器新概念新需求的不断提出,飞行器半实物仿真能力不断取得突破。分析了国外、国内近年来飞行器半实物仿真技术发展现状,提出了未来半实物仿真技术发展趋势。

红外成像制导半实物仿真技术研究

为研究红外成像制导系统在复杂环境下的各项性能,需在内场建立贴近真实环境的半实物仿真试验环境。围绕这一目的,介绍了基于五轴转台的半实物仿真系统和基于六自由度的半实物仿真系统组成及工作原理,分析了红外成像制导技术的发展带来的目标区多波段多谱段场景模拟、面向博弈对抗的复杂仿真场景模拟以及分布式协同制导的实时仿真环境构建等需求,提出了需要解决的仿真总体技术、多波段多谱段目标区大范围场景快速建模技术、目标区场景多波段多谱段生成技术、试验设计与仿真评估技术等主要仿真关键技术。

红外成像制导导弹分布式协同制导律研究

针对红外成像制导导弹协同攻击问题,基于网络同步原理,考虑导引头视场角、攻击时间协同及攻击角度协同约束条件,提出了一种面向协同探测的分布式协同制导律。建立了包含弹目距离、视线角等在内的弹目相对运动方程,并通过坐标转换将攻击时间及攻击角度协同问题转化为弹目距离及弹目视线角的一致性收敛问题。在一致性问题求解过程中,应用分布式一致性策略计算满足导引头视场角约束的纯比例导引的修正量及切向加速度,从而实现了红外成像制导导弹满足导引头视场角约束的攻击时间协同和攻击角度协同,并给出了制导律成立的充分条件与参数的规范化设计方法。设计的分布式制导律具有满足视场角约束、无中心节点、适应非定常导弹速度、通讯代价小的优点,可以有效适用于红外成像制导导弹进行分布式协同制导。

滑翔飞行器线性伪谱模型预测控制三维轨迹规划

对高升阻比滑翔飞行器,在线性伪谱模型预测控制基础上提出新的再入制导律,除了满足传统终端约束与路径约束,还能以特定航向角抵达终点。以高维多项式代理技术泛化升阻比,得到关于能量和攻角的表达式,攻角在线调节升阻比以增强规划能力。再入飞行分为下降段和滑翔段,下降段维持最大攻角和零倾侧角以限制热流率。滑翔段应用线性伪谱模型预测控制,用降阶动力学模型预测终端偏差,线性化模型获得误差传播方程。由于积分计算复杂,以高斯伪谱法获取控制量的修正值,修正攻角、倾侧角相关参数和两次倾侧反转的能量时刻消除终端偏差。方法简单易行,精度高,便于在线应用,仿真结果显示该方法能满足提出的规划需求。

基于深度学习的序列图像深度估计技术

针对单帧图像深度估计的弱泛化性,提出了基于深度学习的序列图像深度估计技术,利用深度卷积神经网络作为基础框架,结合对极几何约束,构建从序列图像到图像对应深度信息的端对端映射,实现仅依赖序列图像信息的无监督深度估计。同时,构建了一类基于场景三维几何信息的损失函数,舍弃原始基于图像间重投影误差的损失函数,提高算法鲁棒性。最后,通过开源数据库验证了算法的准确性和精度,同时,通过红外图像数据集验证了算法的泛化性,为军事领域应用奠定了基础。

基于二阶锥优化的多弹在线协同规划与仿真

针对目前导弹协同轨迹规划算法存在的求解时间长,难以有效考虑弹间距约束等问题,提出一种新颖的基于序列二阶锥优化的多导弹协同轨迹规划算法。首先,建立了多弹协同轨迹规划的最优控制模型。其次,详细地给出了最优控制模型的凸化过程和线性化过程,并提出了一种新的弹间距约束的凸化方式,减少了原有凸化方式的保守性,并采用基于序列二阶锥优化求解算法进行了算法求解。最后进行了算法仿真,仿真结果验证了该方法的有效性与高效性。

关于导弹武器智能化发展的思考

本文回顾了人类战争史中武器发展的过程,列举了国外将人工智能应用于武器装备的典型实例,指出导弹智能化是信息战争的必然产物,分析了现代导弹及其武器系统智能化特征,简述了导弹智能化过程中的关键技术,并对其未来发展提出了建议。

航天器近程编队自主协同相对导航方法

针对GNSS(全球导航卫星系统)拒止环境下近圆轨道多航天器近距离编队自主协同相对导航问题,提出了利用测角相机偏离航天器质心安装时的杆臂效应和多航天器之间几何一致性约束来实现相对导航的方法。首先,在第二轨道坐标下分别建立了基于Hill-Clohessy-Wiltshire方程的多航天器编队相对轨道演化模型、测角相机偏离质心安装情况下的相对视线角测量模型;然后,引入多航天器之间几何约束建立了相对轨道状态的一致性约束模型,并基于该约束模型设计了一致性扩展卡尔曼滤波估计算法;接着,对所建立的相对导航模型进行了相对轨道状态的可观测性分析,得到了使相对轨道可观测的相机偏置安装条件;最后,通过数值仿真实验对所提算法进行了校验,并与一致性无约束条件下的估计算法进行了对比分析。仿真结果表明,本文所提算法的相对位置误差能够快速收敛,在5 m传感器偏置和10-3 rad量级测角误差条件下,多航天器相对定位误差在10 m以内。

基于FMI的飞行器分系统多源异构模型一体化仿真

针对飞行器设计领域各个分系统独立建模设计,产生的多源异构模型难以进行联合数学仿真的问题,提出了采用FMI构建多源异构模型的通用通信接口,从FMU模型封装与联合仿真两方面,给出了一种一体化仿真平台解决方案。以实际项目为背景,验证了平台的兼容性和扩展性。为控制专业的设计工作提供了新的平台,解决了各分系统研发单位之间模型级交流的困难与障碍。同时使控制专业设计人员仅需要了解分系统原理,而无需完全细致了解模型内部结构甚至自行建模,就可以进行设计验证工作,缩短了产品研制周期。