面向定向培养军士生的课程思政建设探索与实践——以《无人机控制与导航技术》为例

针对目前定向培养军士生的课程思政建设中存在的重视不足、效果不佳、影响不力等问题,以《无人机控制与导航技术》课程为例,通过课程思政建设改进课程教学。从教学设计创新化、教学内容定制化和教学手段多样化等三方面着手,由传统教学模式转变为“课程设计、知识技能、课程思政”三大主线并进的课程教学模式,达到能力培养与价值引领同频共振的效果。

基于改进型灰色预测模型的SINS/GPS组合导航系统

针对SINS/GPS组合导航系统中的GPS故障,结合GPS导航定位信息的特点,提出了基于改进型灰色预测的GPS故障预测模型,实现了GPS故障预测;结合SINS/GPS组合导航系统数学模型,进行了基于改进型灰色预测的SINS/GPS组合导航系统仿真。仿真结果表明,GPS位置数据预测残差小于1.5 m;在GPS短暂故障期间,由预测数据取代GPS故障数据,可以有效提高SINS/GPS组合导航系统的抗干扰能力,保证其导航精度;比较GPS故障数据和预测数据,并根据故障数据的持续时间和变化特点等,可以诊断GPS故障是硬件故障还是外部干扰的影响,有助于实现GPS的故障判别与隔离。

探测器交会小天体的UPF自主导航方案

采用基于目标天体信息的光学导航方案实现探测器交会小天体,利用导航相机提高了定轨精度和星历精度。在此基础上,针对深空导航的轨道确定过程中可能存在的初始估计信息误差较大、状态及量测误差不服从高斯分布等问题,将UPF(Unscented Particle Filter)引入到导航方案中。该方案利用UPF在处理非线性非高斯问题上的优势,克服了EKF、UKF、PF等传统滤波方案对非线性非高斯状态模型、量测模型的近似处理所带来的影响。数值仿真表明了该方案的可行性。

基于人工势场的防空威胁建模与仿真

威胁建模是无人机战术任务推演的重要前提。借鉴人工势场的基本思想,构造势函数来定量描述防空威胁对无人机任务完成性的影响作用。利用模糊多属性决策理论来计算防空威胁本身的作战能力指数,根据无人机采取的干扰措施、机动性能、飞行速度以及飞行高度等因素来量化无人机对抗威胁能力指数,利用悲观准则来处理信息不确定性问题。该模型具有可导连续函数相加的形式。仿真结果表明,该模型计算简单,占用存储空间少,且能够很好的反映防空威胁本身的作战能力、时域,空域特性以及无人机的对抗特性。

半捷联图像寻的制导系统导引信息构造方法

半捷联导引头的动力学数学模型非线性比较严重,EKF(Extended Kalman Filter)滤波不能满足高精度制导要求。本文采用UKF(Uncented Kalman Filter)滤波方法对框架角速率进行估计,同时结合弹上IMU测量得到的弹体角速率信息以及图像探测器处理得到的目标在像平面上的位置信息,构造导弹的准比例导引信息。通过仿真对比了基于EKF和UKF的框架角速度滤波估计精度,进行了基于UKF的导弹三维飞行仿真。结果表明,基于UKF滤波方法所构造的制导信息精度较高,能够满足导弹精确打击需求。

利用遗传算法搜索小天体探测最优发射机会

针对传统pork-chop图方法计算量大、计算效率低的问题，提出了一种基于遗传算法的小天体探测发射机会搜索方法。该方法以探测任务所需总的速度增量为目标函数，采用遗传算法作为搜索寻优算法，通过对星历的计算和Gauss问题的求解，将复杂的多变量非线性搜索寻优问题简化成一个两变量的搜索寻优问题，减少了编码数量和搜索空间，使其具有全局搜索功能和快速收敛特性，提高了计算效率。最后以近地小行星4660 Nereus为例，对其在2008-2012年采用两脉冲转移的交会型探测任务的发射机会进行了搜索。仿真计算结果表明：所给出的搜索方法与传统的搜索方法得到的结果一致，且所用时间仅为传统方法的4．19％。

基于鲁棒多目标优化方法的UCAV武器投放规划

研究了无人作战飞机(unmanned combat aerial vehicles,UCAV)对地攻击阶段的武器投放鲁棒性规划问题。针对现有规划方法在处理战场环境扰动、模型不准确、操作偏差等不确定性因素方面存在的不足,提出了一种鲁棒多目标优化求解策略。首先,建立了飞机机动性能、武器装备性能和战场环境等约束条件模型;其次,使用仿真近似法,建立了优化指标模型,并将武器投放规划问题转化为鲁棒多目标优化问题;然后,设计了一种结合蒙特卡罗方法的快速非支配排序遗传算法对问题进行求解,并采用基于基本轨迹片元的机动轨迹生成策略生成武器投放轨迹。仿真结果表明,该方法能够有效提高武器投放规划的鲁棒性。

同平面高低地球轨道气动辅助空间交会

为了实现同平面气动辅助空间交会,首先分析了其必须满足的2个必要条件:轨道转移问题和调相问题。然后分析了同平面HEO-LEO霍曼轨道转移技术及其调相问题。最后通过应用最优控制理论,求解一个典型同平面高轨道向低轨道转移的最优轨迹,确定了OTV在大气作用阶段轨道相角的变化大小。进一步依据空间交会理论得到了同平面HEO-LEO气动辅助空间交会所必须满足的标准相角的计算公式,并分析了气动辅助空间交会的调相问题。最后将霍曼方法和气动辅助方法进行了比较,得出了气动辅助空间交会不但可以节省燃料,而且能够在合理的时间内实现空间交会的结论。

基于深度信息的自主空中加油技术

在分析自主空中加油技术典型解决方案的基础上,提出了基于三维快速成像激光雷达(3Dflash LIDAR)的自主空中加油技术方案。该方案可以在很大程度上减少或消除自主空中加油对GPS的依赖,为合理利用非相似余度导航定位功能提供可靠的技术支撑。首先根据加、受油机空中加油编队飞行特点,确定了以平尾和垂尾为特征平面的加油机点云深度信息特征提取方案和算法。其次利用拉格朗日乘法求取点云子集的最佳拟合平面的单位法向量,为视觉里程计估算加油机相对受油机位姿变化提供了信息。仿真结果表明,特征提取和位姿估算算法可行。同时为了提高视觉里程计对相对位姿估算的准确性,利用矢量中值滤波、平尾与垂尾相关性来消除测量和数据处理中产生的误差,仿真结果表明:在白噪声信噪比为25dB时,滤波算法可行。