斑马鱼C型机动运动数据重构与性能分析

在鱼类机动性能研究中,获取高精度运动学和动力学实验数据至关重要。本文搭建基于机器视觉的高速摄影平台,获取了斑马鱼C型机动运动的顶视序列图像;使用数学形态学算法提取图像中的鱼体外轮廓和中线,建立了简化的三维鱼体模型;通过“鱼–水”系统的动量和动量矩守恒算法,获得鱼体的运动学数据,并分析了作用于鱼体的流体动力和机械能的变化规律。在鱼体模型建立过程中,对尾鳍进行面积的二阶矩等效处理,完成了尾鳍长度的合理修正。经一系列标准算例验证,采用数字图像处理技术重构的动力学数据与标准模型误差在3.1%以内。结果表明:鱼体C型机动运动中最大加速度与最大角加速度存在线性关系;C型起动中平动能占主导,C型转弯中转动能占主导。

机动运动辐射源的单站无源定位自适应算法

利用目标到达角 (DOA)和到达时间 (TOA)作为测量数据 ,采用最优加权最小二乘估计和基于机动加速度的非零均值时间相关模型的自适应卡尔曼滤波算法 ,通过加速度方差对滤波增益的修正 ,完成机动加速度方差自适应算法 ,实现了对机动目标进行单站无源定位与跟踪的方法。计算机仿真验证了算法的有效性和可行性 。

机动超空泡水下航行器纵平面运动特性分析

超空泡水下航行器机动运动由于有空泡的时间延迟效应和重力效应的存在,使得航行器与直航超空泡航行器的运动特性有很大的不同;进行纵平面运动分析,是对航行器实施深度控制和姿态控制的前提;考虑时间延迟效应和重力效应引起的空泡轴变形,建立超空泡航行器机动航行纵平面运动模型,推导纵平面运动传递函数,并以某小口径(约200mm)超空泡水下航行器的特征参数为例分析其运动特性;纵平面运动特性分析为超空泡水下航行器机动运动的系统设计和控制提供了重要参考。

基于“当前”统计模型的机动目标运动要素解算

在避碰过程中,舰船一般处于机动状态。因而,对机动目标运动要素解算的精度直接影响到避碰的效果。通过对多种模型的比较,选用了“当前”统计模型,“当前”统计模型相对于其他模型能够更为真实地反映目标的机动变化。仿真结果表明,此算法收敛迅速并有较高精度,其解算所得的目标运动要素能够满足舰船避碰等实用要求。

空泡外形对超空泡航行体机动回转运动影响

提出超空泡航行体空泡流型概念,将航行体外形、空泡外形、航行体外形与空泡外形匹配统一用超空泡航行体空泡流型描述,用定量关系表达超空泡航行体流体动力特性;建立机动回转运动超空泡数学模型,推导回转运动超空泡外形表达式;研究超空泡航行体由直航运动过渡到稳态机动回转运动过程,给出该过程中超空泡外形变化规律;分析角速度、离心力对机动回转运动超空泡外形影响,揭示该两因素对超空泡外形变化影响程度;以空泡外形与航行体外形匹配为约束,对机动能力进行初步评估,通过仿真计算获得表征航行体机动能力的临界回转角速度。

提高雷达机动目标检测性能的二维频率域匹配方法

增加目标信号的积累时间是提高雷达对微弱目标探测能力的主要方法.但是,对于高速运动目标,在长时间相参积累期间,目标回波信号容易产生距离徙动和多普勒走动,若不进行补偿,目标信号能量不能有效积累.传统基于keystone变换的方法仅适用于目标作匀速运动的情形,当目标作机动运动时,距离弯曲不能通过keystone变换进行校正.针对目标作匀加速运动,且高速目标存在多普勒模糊情况,本文提出一种二维匹配滤波新方法,该方法将脉冲压缩后的目标回波转换到距离-多普勒二维频率域,通过构造一补偿函数进行匹配滤波处理.该方法不需要知道目标运动速度参数,由目标径向速度引起的距离走动和径向加速度引起的距离弯曲均能得到很好的消除,另外,所提算法可以有效地利用快速傅里叶变换实现而无需进行插值操作,运算量小.仿真结果表明本文方法具有良好的高速机动目标积累检测性能.

一种无源雷达高速机动目标检测新方法

针对无源雷达中高速机动目标在积累时间内出现距离和多普勒徙动,导致检测性能恶化的问题。该文建立了目标信号模型,提出一种基于Keystone变换结合傅里叶变换分段计算的高速机动目标检测方法,通过信号重叠分段划分快时间和慢时间,利用Keystone变换校正径向速度差的距离徙动,再对慢时间进行二次分段,并结合傅里叶变换的分段计算完成径向加速度差的距离和多普勒徙动校正,实现信号相参积累和目标检测。仿真和实测数据结果验证了该方法的有效性。

反舰导弹典型运动建模与仿真

针对现代反舰导弹突防技术的不断发展和舰艇对空防御形势的日益严峻,为提高反舰导弹的探测和识别的准确性,在分析反舰导弹典型运动特性的基础上,采用动力学建模的方法研究弹道问题,把导弹视为可控质点,将过载引入描述导弹质心运动的动力学方程,建立了简洁实用的反舰导弹典型运动模型,并对比例导引运动、蛇行机动、跃升俯冲运动等做了仿真。仿真结果可直观显示反舰导弹的典型运动的弹道特性,验证了所建立的弹道模型对探测、识别和跟踪反舰导弹技术的研究有一定的参考价值。

目标机动频率自适应估计的UKF滤波算法研究

研究了反弹道导弹中机动目标的拦截问题,提出了一种基于机动频率自适应的UKF滤波估计算法,将实时估计得到的机动频率应用于目标运动状态的滤波过程中,从而对目标运动信息进行快速而有效的估计。仿真结果表明,这种自适应估计算法,较固定机动频率的滤波算法,有较快的目标估计速度,较高的目标估计精度,能有效的跟踪和应对目标机动加速度的快速变化,有效避免了由于不能及时跟踪的目标运动信息而导致较大脱靶量的现象。

基于IMM算法的高机动目标航迹滤波在ADS-B中的应用

为提高ADS-B航迹报文的准确性,采用交互多模型算法通过对航迹建立与实际运动轨迹相匹配的模型,来降低建模误差,从而提高航迹追踪和预测的准确度。高精度的报文是ADS-B系统向周围设备实时广播的基本保障,传统的单一机动目标建模和滤波方式运动模式高频率切换时会引起较大误差从而导致报文信息的丢失或错误。本文引入交互式多模型(IMM)算法建立多个常用目标运动模型并模拟2组机动目标高频切换的飞行状态,最后通过与单模型的经典卡尔曼滤波仿真结果对比验证IMM算法在高机动目标建模和滤波方面的优越性。

基于模型预测与策略学习的智能车辆人机协同控制算法

针对智能车辆在复杂环境下高机动运动控制的难题,提出一种基于模型预测与策略学习的人机协同控制算法。该算法利用人类驾驶员对环境的理解和综合处理能力在决策规划层面辅助机器进行局部轨迹规划,包括速度调节和动态路径生成,实现决策规划层面的人机协同;面向高机动行驶的车辆在线优化规划与控制存在时效性问题,一方面在局部规划层采用较长采样间隔和简化的动力学模型设计基于模型预测控制的局部轨迹规划方法,以实现高效在线轨迹优化;另一方面在控制层采用基于滚动时域强化学习的学习型预测控制方法在线优化控制策略,以提升在线优化控制的计算效率与适应性。驾驶员在环的山区公路高机动仿真结果表明:新方法能遵从驾驶员的加减速指令和转向指令生成安全、平滑的规划轨迹,而且能够精确控制车辆沿期望轨迹行驶;在人机协同控制模式下,6位驾驶员完成相同驾驶任务的时间比手动驾驶平均缩短了8.3%,转向操作负荷降低了51.1%。

基于交互式多模型的主被动站跟踪算法

在高斯白噪声下,使用交互式多模型算法融合主动站和被动站量测信息,在各类机动状态模型切换,完成对机动目标的定位跟踪。根据主动站到达目标然后到达被动站的距离和以及目标到达主被动站的方位角和俯仰角信息建立量测模型;在交互式多模型算法的基础上,在常规直线机动模型基础上引入Singer模型,模拟目标机动运动;以几何关系求解得到的目标位置作为目标初始解,相较于其他初始模型,算法具有更好的收敛性。仿真实验表明,在主被动站间距几十千米,目标与主被动站间距几百千米,到达角误差2°左右,到达时间误差20 m左右的情况下,使用交互式多模型算法跟踪目标,收敛误差在百米级别。

强机动超空泡水下航行器空间运动控制面布局(英文)

针对超空泡航行器航向舵后置布局在强机动航行时舵效不足的问题,建立了一种全新的兼顾直航与机动运动的控制面布局模式,首次提出了非对称分布艏舵的超空泡航行器控制面总体方案,采用双自由度空化器作为控制面,水平偏转控制航向,上下偏转控制俯仰和深度,且在空化器下部复合抗横滚鳍片。针对某超空泡水下航行器进行了系统动态特性仿真分析,横滚剩余力矩约从0.1s衰减至0,极限横滚角小于0.1°。分析结果表明:以空化器作为艏部航行舵替代常规布局的尾部航向舵,可以显著提高舵效。

舰艇干扰因素对速度匹配传递对准性能的影响

结合工程应用中的实际问题,模拟实船干扰因素情况,采用理论和仿真分析相结合的方法,研究了船体变形、舰船运动、基准信息跳变等对舰载武器速度匹配传递对准性能的影响。结果表明:1)速度匹配传递对准不易受船体变形影响;2)舰船航向机动有助于提高速度匹配传递对准性能,舰船在匀速直航状态下,方位姿态角对准精度2′左右,等效北向陀螺漂移的估计精度能达到80%,无法估计等效东向陀螺漂移和加速度计零偏;舰船在转弯状态下武器惯导各误差量估计精度和估计速度都有所提高,能够估计等效东向陀螺漂移和加速度计零偏,估计精度达90%以上;3)基准信息跳变会干扰速度匹配传递对准性能,引起姿态角估计误差。

地理坐标系内的航迹仿真

以大地椭球三角形模型为基础 ,利用地球表面二点间最短路径的大地线方程和球面三角形的有关公式 ,建立了由地球表面一点运动到另一点的差分运动方程 ,同时也给出了在进行航向机动时的差分运动轨迹。

动基座条件下舰载武器捷联惯导系统初始对准研究

由于舰船的航行环境及自身机动运动对舰载武器的初始对准精度有直接的作用影响。本文分析了几种常用初始对准方法,并建立速度匹配法传递对准卡尔曼滤波器模型,对舰船几种典型机动方式下的模型进行了仿真研究。结果表明,舰船不同机动运动方式下对准效果改善程度不同,速度匹配法传递对准能实现动基座条件下的舰载武器捷联惯导初始对准功能。

考虑空泡延迟特性的超空泡航行器运动控制模型

基于超空泡的独立扩张原理,考虑了超空泡的时间延迟特性,在随体坐标系中建立航行器尾部中心指向超空泡中心的空间矢量,提出了可以描述超空泡航行器机动航行特性的运动控制模型。在充分考虑超空泡航行器巡航阶段纵平面为弱机动的基础上,对运动模型进行了无横滚匀速定深直航简化。所得航行器空间运动模型既考虑了超空泡的延迟效应诱发的空泡脱体现象,也兼顾了巡航阶段运动特点的描述,模型封闭,便于工程应用,可作为航行器机动运动控制的对象基础。