三层面分析法探究航空电子系统未来发展

近些年来随着人工智能、信息网络等技术的成熟,航空电子系统迅速发展,关于未来航空电子系统如何应用于作战的讨论层出不穷。通过三层面分析法对航空电子系统各种创新活动进行整合,从而构建面向未来的合理且持续的方法论来研究航空电子系统领域。首先系统梳理了航空电子系统的研究背景和现状,接着深入剖析了三层面分析法模型,重点从3个层面详细分析了航空电子系统的应用情况:有人机航电系统效益降低及其原因,当前航空电子系统的不断改进和两类创新归纳,未来高度自主的无人机航电主导的设想及其3个推动因素。

样本级实时空中格斗决策可解释模型研究

空中格斗决策作为空战领域重要组成部分,格斗决策的实时性、准确性直接关系到空战的成败,构建一个有效的、高速的、可解释的空中格斗模型显得十分重要.实际场景中,基于深度强化学习的空中格斗决策模型为了实现强大的学习能力,往往得到的模型参数过多,这导致了决策时间的延迟,不能较好的满足实时性强的空中格斗场景.同时深度强化学习模型的黑盒特性,使得模型在智能决策过程中的决策原因不可知,可是每一次空战决策过程中的不可解释性在空战场景中存在极大的未知风险.为了解决这些问题,本文提出一种基于高效的轻量级决策树的模型用于空战中战斗决策,该轻量级模型不仅满足可解释性同时满足空战场景中的高速决策.为了解决智能决策模型在每一次决策过程中的黑箱特性,本文采用一种局部代理技术完成空战格斗中每一次决策过程中的样本级解释.实践表明本文所构建的空中格斗模型具有较高的决策精度、速度与实战性能.

基于活动-能力联接的航空保障装备体系结构建模

航空保障装备是维持主战装备作战能力的必要基础。为加强航空保障装备体系建设,提高航空保障装备体系效率,针对航空保障装备体系的概念和特点,提出了一种基于活动-能力联接的航空保障装备体系结构建模方法;借鉴美国国防部体系架构(DoDAF)2.0,从保障活动、能力、系统、服务等视角构建航空保障装备体系结构框架,结合体系结构设计原则给出了基于该方法的视图产品的开发流程。最后,以信息化航空维修保障装备为例进行了实例分析,验证了该方法的可行性。

超密集网络空域协同波束形成研究

为了降低超密集网络(UDN)小区微型化所带来的严重小区间干扰,提出一种基于空域协同波束形成的UDN干扰消除方法。首先建立超密集网络协同波束形成的多目标优化系统模型,然后利用凸优化方法求解得到原问题的最优解(协同波束形成器);针对最优波束形成器难以工程实现的局限,结合最优解结构特征,设计了由信号泄漏噪声比波束形成导向矢量和最优功率分配构成的线性次优波束形成器。仿真结果表明,该波束形成器能有效地抑制小区间干扰而提高系统容量。

异构多平台传感器管理与智能控制系统设计

针对分布式作战环境下多异构平台自组织管理和协同探测需求,提出了一种基于多智能体的异构多平台传感器管理与智能控制系统的实现方案.详细描述了系统的实现结构,给出了功能模块设计、管理策略以及实现方法,能综合考虑和平衡系统诸多任务需求和各方面服务请求,使系统达到整体性能最优.实践证明该方案能实现多平台多传感器协同探测任务的合理分配与智能控制,有效提高了系统的协同能力、反应能力、生存能力和任务完成率.

基于体系结构设计的空战系统任务元模型建模

作战体系结构设计可以解决由于空战系统本身的复杂性和涌现性导致难以建模描述的问题,随着未来空战新概念发展,需要从基于模型的系统工程思想角度,在统一的结构框架下构建空战系统任务元模型以适应体系架构的更迭变化。首先,描述了任务元模型内涵。然后,提出了一种基于体系结构设计的任务元模型构建方法,根据该方法选取并设计美国国防部体系结构框架的视图产品。最后,选取超视距(beyond visual range,BVR)空战想定进行作战体系结构建模,根据标准语义关系抽取描述任务关键特征的BVR空战系统任务元模型数据组,生成任务元模型数据库。结果表明,所提方法能够实现作战概念需求引导下作战任务模型架构的快速组合、验证和复用。

DC-DC变换器的典型故障分类方法研究

DC-DC变换器是综合模块化航电的电源转换模块的核心部件,对其进行状态监测以及故障诊断可以有效提高设备的可靠性,减少维修保障费用,极大地提高飞机的使用效能。基于PSPICE仿真软件,采用Sepic拓扑结构,设计了DC-DC变换器模型,并对DC-DC变换器的失效规律进行了分析;对DC-DC变换器的典型故障类型进行故障模拟,通过仿真获取相应的原始数据;采用数据预处理、特征提取与选择、多模型融合的处理框架对DC-DC变换器进行故障诊断分析。仿真验证了方法的有效性。

基于场景的民用飞机健康管理可视化仿真研究与实现

为解决民用飞机健康管理典型任务需求与功能需求的可视化仿真难题,本文提出了一种基于场景的民用飞机健康管理可视化框架,在对系统工具软件STK及其在民机PHM方面特点介绍的基础上,通过节点设置、数据输入、计算显示、模型调用对框架进行了搭建,并对STK中的三维模型进行了优化处理,最后以某民航飞行为例,展示了将STK模块应用于民机PHM健康管理的实例,说明了基于STK的可视化仿真具有真实性强、效率高的优点,从时间、空间、健康管理等方面为民用飞机维护节点、任务过程、交互逻辑等的特性分析提供了有效参考。

基于遗传算法-支持向量机的航电模块故障分类研究

DC-DC变换器是综合模块化航电的电源转换模块的核心部件,对其进行故障诊断可以有效提高设备的可靠性,减少维修保障费用,极大地提高飞机的使用效能。在PSPICE环境下设计了典型的基于Sepic拓扑结构的DC-DC变换器模型,并对DCDC变换器进行失效规律的分析;对DC-DC变换器的典型故障类型进行故障模拟,通过仿真获取相应的原始数据;采用数据预处理、特征提取与选择、遗传算法-支持向量机方法对DC-DC变换器进行故障诊断分析。仿真验证了上述方法的有效性。

新一代飞行头盔夜视用传感器分析

合适的夜视传感器对于飞行头盔的设计至关重要,是确保飞机驾驶员完成任务的关键。飞行头盔的工作特点也决定了集成其上的夜视传感器必须具备高灵敏、紧凑轻便等特性。在分析飞行头盔用夜视传感器的工作环境、目标特性基础上,参照已集成应用于飞行头盔的夜视传感器实例,解析了两种适用夜视传感应用的“电子轰击混合型像增强器”和“InGaAs焦平面型探测器”的技术指标。给出了适合飞行头盔用夜视传感器的主要技术指标要求,并提出对国产现有夜视用传感器加以改进,使之更适合飞行头盔夜视应用的技术方向。

基于多智能体与市场理论的多机载平台传感器管理

针对作战飞机编队多目标攻击中的传感器管理问题,提出了一种基于多智能体和市场理论的多机载平台传感器管理方法。该方法在多智能体的框架下建立飞机编队多传感器多目标分配模型,将目标分配和传感器管理问题转化为市场理论中的"性价比"最优问题,建立了基于"性价比"最高的任务规划模型、以任务为驱动的传感器目标配对模型以及多平台集中式融合跟踪模型,并利用市场拍卖算法完成传感器-目标分配问题。仿真结果证明了该方法的有效性,与基于信息论的传感器管理方法比较证明了方法的优越性。研究结论有助于提高作战飞机编队的进攻效率,从而提升整体的攻击能力。

基于多特征选择算法的功率变换器故障分类方法

对综合模块化航电电源转换模块的核心部件进行故障诊断的过程中,选择合适的特征能够有效提高模型的效率和分类准确率,极大地降低学习算法的计算复杂度。设计了典型的Sepic结构DC-DC变换器模型,对DC-DC变换器的典型故障类型进行故障模拟;通过仿真获取相应的原始数据,采用数据进行预处理、特征提取与多特征选择融合;利用BP神经网络方法对DC-DC变换器进行故障诊断分析,仿真验证了该方法的有效性。

AADL2ECPN模型转换方法及其在IMA上的应用

在综合模块化航空电子(IMA)系统应用集成的过程中,对IMA系统的资源配置建模和安全性分析至关重要。首先利用模型转换的方法,提出一套从架构分析和设计语言(AADL)模型到扩展着色Petri网(ECPN)模型的转换规则,将AADL模型转换为ECPN模型,并且确保在模型转换过程中不丢失任何关键资源建模元素;然后基于目标模型进行后续的安全性分析研究;最后用一个简单例子演示如何应用提出的模型转换方法。结果表明,AADL2ECPN模型转换方法分析IMA系统安全性的可行性。

一种基于混合现实的座舱界面个性化设计

提出一种基于飞行员个性化特征适配的混合现实座舱界面设计方法,充分考虑了飞行员这一特殊用户群体的背景信息.在原有界面设计流程的基础上,将用户个性化影响因子映射到信息架构、布局、交互流程、视觉等设计环节的相关内容,并制定相应的设计策略.根据混合现实成像特点完成原有实体界面以及虚拟界面的布局划分,并结合特定的任务场景完成了相关设计示例,通过“用户身份识别+偏好设置”的方式实现界面的个性化适配.

面向任务过程的虚拟现实仿真座舱设计与实现

针对飞机座舱显控交互的设计验证问题,开展了面向任务过程的虚拟座舱原型系统设计与研究,进行了虚拟显控交互界面设计及软件开发、基于VR头显、手势识别设备等硬件环境的虚拟座舱系统集成等工作,形成了一套面向任务过程的虚拟座舱原型系统.经过任务仿真验证表明,该原型系统具有开发效率高、成本低、快速迭代等优点,为未来航空智能座舱的人机交互系统设计提供了研究方法和工具,并为面向任务过程的飞行训练提供了技术原型.

基于关系模型的机载导航数据库快速解析生成方法

导航数据库可用于导航计算、导航台自动调谐管理等,是飞行管理系统所必须的数据源。为了能有效提高机载导航数据库的使用、更新及维护效率,减少相关工作人员的工作量,提出一种基于关系模型的机载导航数据库快速解析生成方法。针对ARINC424协议中包含的大量数据对象进行建模,定义协议中各个对象之间的逻辑关系和约束关系;对数据结构进行优化,通过中间关系表确立各个数据之间的交叉引用关系,从而实现数据库的快速解析生成,并通过测试来验证该方法的有效性。结果表明:基于关系模型的机载导航数据库快速解析生成方法能有效提高数据查询效率,降低数据解析和生成的时间消耗,减少数据冗余,使数据库性能更优异。

基于近似粗糙集分辨力分类算法的飞机类型预测

传统的C4.5分类决策树作为数据分类算法具有计算简单、准确率高的优势,由于飞机具有参数多和数据量大的因素,C4.5算法需要对连续属性值进行多次顺序扫描,分类时间效率较低。针对此问题,提出近似粗糙集和决策分辨力分类算法,利用粗糙集近似度来判断属性划分样本数据能力,并将其代入到决策分辨力算法中,以决策分辨力最大的属性作为分裂特征建立分类决策树。算法在保证分类决策准确率的同时,提高计算效率并减少过拟合问题的产生。通过对UCI(University of California, Irvine)数据集上多组数据样本的对比实验分析,验证了本文提出PSRP(rough set and resolving power)的算法在保证相同准确率的情况下,平均计算时间效率提升约10%,可靠性提升2%。

基于小面核滤波的快速红外舰船检测方法

针对复杂海天背景下红外舰船目标的实时检测需求,提出了一种基于小面核滤波的快速红外舰船检测方法.在频域视觉显著性计算原理的启发下,结合小面拟合模型,设计了一种高效的时域小面卷积核,以抑制背景并增强具有高亮灰度对比边缘的红外舰船目标,进而确定候选目标区域.然后采用一种L0梯度最小化滤波方法,实现候选区域中目标区域的灰度均衡,以完整并准确提取目标形状.最后根据舰船的尺度和形状特性,完成目标判别.实验中对3组公开实拍红外图像数据集进行了测试,实验结果表明:本方法具有较好的鲁棒性,其对3组数据的检测准确率均高于90%,在PC平台上的处理速度维持在10ms量级,优于现有的典型方法,能够满足多数工程应用需求.