高速平均流场对红外成像影响的计算分析

红外导引头光学窗口外流场对红外信号传输成像产生的气动光学效应是高速拦截弹设计必须要解决的关键技术之一。目标的红外信号经过高速流场在探测器上成像时,会产生像偏移、模糊、甚至抖动,导致探测定位不准,降低拦截精度。采用热化学非平衡NS方程,考虑高温真实气体效应,模拟了红外导引头的高速流场,应用光线追迹和物理光学的方法,基于流场密度参数,计算获得了光线经过流场时产生的光程差,进而得到成像的点扩展函数,从而获得了红外成像的像偏移和图像强度衰减参数,并分析了马赫数、迎角、高度、入射角和入射波长对光学传输效应的影响。结果表明:30km以下,气动光学效应对光学成像影响较大,增大入射波长可减小图像强度衰减。

QPSK调制通信信号在等离子体鞘套中传输特性计算模型及仿真分析

为获取等离子体鞘套对四相相移键控(Quadrature Phase Shift Keying,QPSK)调制信号传输影响特性,建立等离子体鞘套中QPSK调制信号传输特性的仿真模型,开展等离子体鞘套对信号全屏蔽、信号能量衰减和相位改变的仿真计算与分析。结果表明,当等离子体鞘套的频率大于临界频率时,QPSK信号将被等离子体鞘套完全屏蔽;当QPSK信号能够在等离子体中传播时,由于等离子体鞘套对信号相位改变和幅度衰减将大大提高QPSK通信系统的误码率。该仿真与分析方法可用于分析等离子体鞘套对FSK和ASK调制信号传输特性影响。

高超声速再入试验的辐射光谱定量测量

利用膨胀管对宽度为45 mm和90 mm的半圆柱模型进行了地球再入高超声速流动试验,再入速度为8 km/s。试验利用配有ICCD相机的光谱仪,测量了具有空间分辨的激波后辐射光谱,光谱范围为250~550 nm,得到了沿流体方向的激波辐射轮廓线。分析发现在该光谱范围内辐射主要为CN(B-X)带系分子光谱。利用卤钨灯对该波段光谱进行定标,得到了激波层辐射的绝对辐射亮度。通过采用两种模型辐射亮度对模型宽度归一化后发现,绕流场高温气体辐射存在较强的自吸收现象,同时观测到了绕流场激波的三维效应。通过实验发现,CN(B-X)Δv=0带系的3-3振动带系385.2 nm波长位置和0-0带系388.4 nm波长位置辐亮度之比随着流场靠近模型边缘而逐渐下降,这表明激波层内辐射的动态非平衡特征。

海面SAR时域回波信号可视化仿真计算

利用计算机来模拟合成孔径雷达回波信号是雷达系统仿真中重要的一部分。借助雷达目标的高频电磁散射特性,运用图形电磁计算方法,开发了可快速、有效地获取合成孔径雷达回波信号的方法,可为合成孔径雷达成像提供原始的雷达回波数据。以起浪海面为目标实例,利用海浪频谱构建海面的几何模型,针对此海面模型,运用高频散射机理,实时可视化地计算其电磁波回波场强以及模拟出时域回波信号。利用条带式合成孔径雷达成像方法,通过该回波信号仿真出海浪面的合成孔径图像,验证了该方法有效性。

分层双轴各向异性介质电磁传播矩阵计算

在广义传播矩阵(general transmitting matrix,GTM)方法分析各向异性介质传播特性的基础上,对分层双轴各向异性介质进行分析。构造双轴各向异性介质中横向场的状态矢量和耦合矩阵,得到双轴各向异性介质中的本征波,引入GTM,获得分层双轴各向异性介质的反射系数和透射系数。对不同介质涂覆结构的角度特性和频率特性进行分析,数值计算结果与商业软件结果高度一致。进一步将电磁传播矩阵与弹跳射线(shooting and bouncing ray,SBR)法相结合,获得介质涂覆目标的电磁散射特性,所得雷达散射截面结果与商业软件结果之间的均方根误差小于3 dBsm,体现了该方法的准确性。

各向异性超表面宽带高效极化转换

为了实现水平方向和垂直方向入射电磁波的高效率、宽带反射型交叉极化转换,提出了一种各向异性超表面结构,使用数值模拟仿真方法以及有限元分析方法进行研究。结果表明,所设计双十字结构超表面的电磁响应谱产生了4个共振区,从而导致了极化转换带宽的扩展。响应频段覆盖了Ku波段的10.7~18.7 GHz,其极化转换率(polarization conversion ratio,PCR)大于0.94。此外,在入射波角度为0°~50°内,都能保持较高的极化转换性能。该极化转换器具有简单的几何形状和较宽的工作频带,可能在伪装隐身、雷达通信和天线等应用中具有潜在的价值。

基于遗传算法的宽带渐变电阻膜超材料吸波器设计

近年来,基于超材料的电磁吸波器件由于其宽带、易制备等优势而备受各国研究者的广泛关注.本文为实现宽带电磁低可探测,提出一种渐变电阻膜-介质复合结构的超材料吸波器.基于传输线理论和阻抗匹配原理,对强吸波条件进行了分析.在单元结构设计方面,采用遗传算法在多变量域内全局搜索最优解,快速地确定出能够兼顾低频与宽带吸波性能的超材料单元结构与电阻参数,并对器件吸波性能与吸波机理进行了深入的探讨.仿真结果表明,在垂直入射下,所设计的超材料吸波器对1.62—19.16 GHz(相对带宽168.8%)之间的入射波吸收率均大于90%,有效地向L和K波段拓展了吸收带宽.虽然在部分频段测试和仿真结果之间存在一定偏差,但两种类型的曲线随频率的变化趋势基本一致,这充分证明了所设计的超材料吸波器在低频宽带吸波领域具有潜在应用价值.

岩石界面的动态剪切扩散行为

动载荷下剪切失稳控制的扩散行为是岩石局部大变形发展和宏观力学性能劣化的诱因。基于广义变分原理建立剪切载荷作用下界面动态失稳的力学模型,得到了关于界面失稳的判别式和扩散方程。基于判别方程得到了剪切力和动力效应对失稳界面角度的影响,结果表明:随着外部剪切作用力的增大,剪切变形带角度有一定程度的增大;随着局部动力系数的增大,即局部惯性作用力的增大,剪切带角度明显减小。结合本征位移求解扩散方程,初步得到其位移解析表达式,位移随加载时间的增加逐渐增大。为了验证理论模型的可靠性,并进一步研究界面失稳的变形行为和对波传播的影响,建立了数值分析模型。分析结果表明:界面失稳为局部剪切破坏滑移的先导条件;界面厚度和剪切力越大,局部位移越大;界面剪切扩散行为极大降低了透射波的幅值,同时也改变了透射波的频率。研究结果可为岩石局部化变形、岩石动态强度等研究提供理论参考。

雷达对抗中基于FPGA输入分块重映射的数据处理方法

雷达对抗中,干扰机侦收雷达的信号,经AD采样后输入FPGA进行处理并产生干扰信号。FPGA平台利用Xilinx等官方提供的FFTIP核对高速ADC输出的数据进行FFT处理时,需要进行“并行-串行”的数据预处理,降低了处理速度,同时也没有对FPGA内部资源进行最大化利用。基于以上问题,提出一种基于FPGA输入分块重映射的数据处理方法。该方法通过数据输入重映射模块将输入雷达数据优化为并行分块的数据流格式,再通过FFT蝶形网络输出离散傅里叶变换数据,最后进行并行结果输出。试验证明,本方法能有效节省FPGA的运算时间,提高雷达数据处理速度,优化利用了FPGA内部资源,具有实时性好、灵活性高的特点。

光子晶体薄膜可见光-红外光谱设计及其辐射特性分析

为分析光子晶体薄膜可见光、红外光谱与红外辐射关联特性,设计了可见光反射率不同、红外发射率相同的3种Ge/ZnS体系光子晶体薄膜。通过红外辐射特性仿真,讨论了3种薄膜分别处于真空环境和大气环境中太阳光照对薄膜红外辐射特性的影响规律。仿真结果表明,在存在太阳光照的前提下,可见光反射率不同会导致3种薄膜表面温度出现差异;对于红外辐射而言,针对3~5μm波段,高反射表面处于低温状态下会反射太阳辐射,对红外低可探测造成负面影响;针对8~14μm波段,当红外发射率足够低时,3种薄膜的红外辐射出射度较为接近。制备的样品反射光谱、长波红外热像测试结果表现出与仿真的一致性,验证了3种薄膜的红外低可探测效果。研究结果有助于认知光子晶体薄膜的可见光、红外光谱及其红外辐射关联特性,并为兼容雷达波的可见光、红外低可探测材料光谱设计和应用方案提供参考。

基于深度强化学习的恶意ELF文件检测对抗方法

近年来,基于深度学习的恶意可执行与可链接格式(executable and linkable format,ELF)文件检测研究取得了显著进展。同时,关于模型对抗性攻击的研究也得到了广泛关注,攻击者可以通过生成对抗样本误导神经网络,使恶意软件被错误归类为良性软件,从而逃逸检测。尽管已有多种生成对抗样本的方法被提出,但它们通常不适合对ELF文件进行修改,或缺乏在不同检测模型之间迁移的能力。为克服现有方法的局限性,提出了一种基于深度强化学习的恶意ELF文件检测对抗方法,该方法通过构造目标检测模型的最优扰动字节序列,能够在保留ELF文件原有功能的前提下生成对抗样本,而无须依赖目标模型的内部实现细节。实验结果表明,该方法生成的对抗样本针对目标检测模型的逃逸成功率达到76.80%,并能通过对抗训练提升目标检测模型的鲁棒性。

具有对称斜装动量轮的再入体动力学分析与姿态鲁棒控制

[目的]针对动量轮再入体姿态控制中存在转矩控制不足的问题进行研究.[方法]提出一种均匀对称斜装的动量轮布局,并利用拉格朗日第二类方程建立动量轮再入体的姿态动力学模型.基于动力学模型设计一种积分滑模综合控制策略,该策略考虑输入饱和对系统的影响,利用非线性扰动观测器对系统的不确定项进行估计.[结果]仿真与再入体模拟实验显示:在同样的控制需求下,本文提出的对称斜装动量轮布局所提供的最大转矩输出相较于传统正交的动量轮布局下降了60%.在引入输入饱和补偿的控制器作用下,控制输入可以更快地脱离饱和状态,再入体在4 s内稳定跟踪期望信号,稳定跟踪误差小于0.07°.[结论]本文提出的对称斜装动量轮布局通过动量轮之间的耦合,提高了动量轮的利用效率.相较于传统滑模控制,本文提出的积分滑模综合控制策略在再入体姿态控制上有抖振低、相对超调量小、鲁棒性高的优点,可有效地对再入体的姿态调整进行精确控制.

基于NGO-RF的雷达工作模式识别方法

在真实的电磁战场中,侦察信号往往由于噪声的影响导致参数测量不准,严重时容易造成参数缺失,影响后续的工作模式识别。因此,如何提高识别方法的鲁棒性,准确地识别雷达的工作模式,对雷达对抗有着重要的意义。针对此问题,提出了一种基于北方苍鹰算法(Northern Goshawk Optimization,NGO)优化的随机森林(Random Forest,RF)模型进行雷达工作模式的识别,并结合基本置信分配(Basic Belief Assignment,BBA)方法对分类的概率输出进行校正,实现在干扰以及数据缺失环境条件下获得更好的识别性能。仿真实验表明该方法在应对非对称信息时具有较高的识别准确率与较好的鲁棒性。

超临界CO_(2)流体对海洋出水木质文物的干燥脱盐效果

为研究超临界CO_(2)流体干燥技术对不同保护状态海洋出水木质文物的适用性,选取了南海Ⅰ号、小白礁Ⅰ号和华光礁Ⅰ号的木材样品,进行超临界CO_(2)流体干燥,评估了其干燥质量和脱盐效果。结果表明:超临界CO_(2)流体对不同保护状态的饱水木质文物均具有较好的干燥效果,完成了全部自由水的脱除,样品的体积干缩率均控制在5.2%以内。而且超临界CO_(2)流体对样品中的硫铁化合物有明显的清除作用,干燥后,不同保护阶段的样品内部几乎不可见硫铁化合物的分布;受保护工艺的影响,对盐离子的清洗效果略有差异。超临界CO_(2)流体干燥后的海洋出水木质文物满足保存要求,研究结果对同类海洋出水木质文物的保护具有借鉴意义。

快慢时间域间歇采样转发干扰生成进动锥体ISAR群阵列

为了提升空间锥体目标突防能力,该文提出一种基于快慢时间域间歇采样转发干扰生成沿距离向及方位向分布的空间锥体ISAR群阵列方法。首先分析了双站情况下空间锥体目标ISAR像成像方法;针对线性调频波分析了快慢时间域间歇采样生成空间锥体ISAR群阵列的基本原理及其ISAR假目标分布特性。最后结合电磁仿真数据,分析了快慢时间域间隙采样参数对ISAR群阵列分布的影响,可为ISAR欺骗式干扰提供参考。

复杂系统博弈理论与其效能评估综述

随着高速飞行器在现代战争的作用越来越大,如何在战争中发挥飞行器的进攻作用,或者发挥防御系统的防御作用,成为飞行器对抗研究的热点,复杂系统博弈理论是指导飞行器对抗的理论基础和方法支撑,同时,飞行器对抗效能的评估,已成为武器装备研制、部署和使用的必要环节,出现了各种效能评估方法,围绕上述两个主题,全面分析研究了国内外取得的进展,评价了技术要点、存在的难点、及未来发展趋势,可为相关研究提供技术参考和一定的技术支撑。

一种基于惯导/地磁信息融合的低成本组合导航方法

为提高飞行器在轨导航精度需要高精度惯性导航器件,由此带来成本增加。针对短时间在轨小型飞行器,提出一种基于低成本惯导/地磁敏感器件的信息融合组合导航方法,通过利用微机电系统(Micro-Electro-Mechanical System,MEMS)惯性组合和磁强计输出参数共同构建状态方程和量测方程,并采用基于反馈校正的卡尔曼滤波算法,分析了高、中、低精度的惯导组合和MEMS三轴磁强计不同测量精度条件下的导航精度偏差。结果表明,采用惯导/地磁信息融合导航,可降低对惯性器件的精度要求,从而降低轨道飞行器导航的经济、质量成本和对安装空间的需求。

新型频率选择表面加载双极化超宽带紧耦合阵列天线

为使紧耦合阵列天线在超宽频带内实现电磁性能更佳、辐射性能更稳定的目的,提出一种新型条形频率选择表面宽角阻抗匹配层加载的双极化超宽带紧耦合阵列天线。通过高频仿真软件CST周期边界条件对阵列单元截断并进行研究分析。掌握阵元阻抗和辐射等电磁性能后,优化设计并加工出一个6×6单元的阵列天线进行实际测量。测量结果表明,该天线在2~12 GHz的频带内驻波比均小于3,驻波比带宽为10 GHz。带内辐射特性稳定,主瓣电磁能量集中,交叉极化小。工作频带内,最大增益可以达到13 dBi。该阵列天线可应用于超宽带相控阵天线领域中。

地形条件对空间目标细致光谱辐射特性的影响

随着多光谱、高光谱和超光谱探测技术的发展,探测识别目标发出的细致光谱辐射特性技术日益成熟。建立了一种空间目标细致光谱有效辐射的计算模型,考虑了地形条件和大气环境对目标的光谱有效辐射影响,分别计算了传统方法和两种设置的典型地形条件下空间目标各表面的温度和细致光谱有效辐射,分析了3~5μm和8~14μm波段下导致目标有效辐射强度随波长变化的主要影响因素,最后分析了在不同地形条件下空间目标在8.69~9.00μm探测波段内的辐射特性。结果表明,地形条件对空间目标的温度和有效辐射有较大影响,尤其是地表反照率对地球反射太阳辐射的影响较大,特别是空间目标朝向地球的面,在两种典型条件下的最大温差可以达到69.2 K,光谱有效辐射出射度偏差达到7.002 W/(m^2·μm)。

基于到达时间量测的多传感器协同定位算法研究

针对基于到达时间量测的多传感器协同目标定位问题,研究不同准则下的解析算法和数值迭代算法,并分析比较了它们各自的优缺点。首先,通过对原始的高斯-牛顿算法进行修正,改善了数值迭代算法在量测噪声强度较大情况下算法的估计效果。随后,利用热图分析了两类算法在不同目标位置时的估计效果差异。最后,在不同噪声强度下对比了多种算法的估计效果,分析了不同算法效果差异存在的原因以及适用条件。研究结果能够对不同场景下如何选择定位算法提供建议。